Rafforzare le capacità informatiche per le funzioni critiche di sicurezza
Nei sistemi digitali, l’elaborazione delle informazioni è un’attività fondamentale ed eterogenea, tanto che trae in genere vantaggio da processori o chip semiconduttori specifici in base alla sua tipologia. Una serie di attività particolarmente impegnative è nota come «carichi di lavoro ad alta intensità di casualità», ovvero calcoli la cui efficienza e sicurezza dipendono in modo determinante dall’utilizzo di grandi quantità di numeri casuali di alta qualità. Tra i casi d’uso tipici figurano la crittografia, la sicurezza delle comunicazioni e quella dei dati. «Più i numeri sono difficili da prevedere, più è difficile aggirare la protezione», spiega Carlos Abellan, coordinatore del progetto RPU(si apre in una nuova finestra) e amministratore delegato dell’impresa spagnola Quside(si apre in una nuova finestra). «La qualità della casualità determina direttamente il livello di sicurezza di un sistema.»
Capacità di elaborazione per l’esecuzione di operazioni crittografiche
Questi carichi di lavoro presentano spesso esigenze specifiche che le piattaforme informatiche esistenti non sono in grado di soddisfare pienamente. «Le soluzioni attualmente disponibili sul mercato presentano delle carenze su due fronti», afferma Abellan. «La qualità e le prestazioni del loro sistema hardware di generazione di numeri casuali, nonché la capacità di calcolo necessaria per l’esecuzione delle operazioni crittografiche.» Per ovviare a tali problemi, Quside ha sviluppato la soluzione RPU (Randomness Processing Unit, ovvero unità di elaborazione della casualità), un acceleratore hardware progettato specificamente per carichi di lavoro che richiedono un elevato livello di casualità, in particolare per le applicazioni crittografiche. «Ciò che contraddistingue l’RPU è che riunisce due funzionalità in un’unica piattaforma», aggiunge José Martinez, architetto responsabile del progetto RPU. «Innanzitutto, include generatori di numeri casuali quantistici integrati che producono una casualità realmente imprevedibile ad alta velocità; quindi, l’RPU include hardware riprogrammabile, che consente agli utenti di adattare la piattaforma ai propri algoritmi crittografici, protocolli di sicurezza e requisiti applicativi.»
Chip fotonici ottimizzati
Il progetto RPU, sostenuto dal Consiglio europeo per l’innovazione(si apre in una nuova finestra), si è prefisso di far progredire ulteriormente questa tecnologia attraverso lo sviluppo di chip fotonici per la generazione di numeri casuali quantistici, che sono stati ottimizzati in base alle esigenze di potenza, dimensioni e prestazioni dei diversi acceleratori hardware e delle diverse applicazioni. «Sono state perseguite in particolare due soluzioni», spiega Abellan. «Da un lato una piattaforma per applicazioni ad alte prestazioni per la quale è stato sviluppato un chip fotonico ottimizzato, e dall’altro un dispositivo integrato altamente scalabile per il quale è stata realizzata una soluzione compatta e integrata che combina la fotonica con un primo chip in silicio dedicato all’elettronica di controllo.» A livello tecnico, il progetto ha comportato la progettazione di chip fotonici integrati per generare casualità quantistica e lo sviluppo della piattaforma hardware e dell’architettura necessarie ai fini dell’esecuzione di carichi di lavoro ad alta intensità di casualità, mentre ha sviluppato applicazioni e integrazioni per l’intelligenza artificiale e il software crittografico, un’attività svolta in collaborazione con i potenziali utenti finali.
Dai centri dati ai sistemi spaziali
Il progetto ha prodotto quattro risultati principali. «Innanzitutto, abbiamo sviluppato un nuovo chip fotonico che dimezza il consumo energetico della generazione di casualità e riduce di cinque volte i requisiti di controllo», afferma Abellan. «In secondo luogo, abbiamo aperto la strada al Garnet X5, un dispositivo RPU ottimizzato per applicazioni crittografiche, che sarà immesso in commercio.» I primi prototipi dovrebbero essere disponibili alla fine del 2026, mentre il lancio commerciale è previsto per il 2027. Quside è riuscita inoltre a realizzare un’ampia gamma di integrazioni con librerie crittografiche, sia open source che proprietarie. «Ciò significa che l’adozione di questa tecnologia non richiede praticamente alcuno sforzo a livello di integrazione», osserva Abellan. «Abbiamo infine realizzato il nostro primo ASIC (un chip di controllo personalizzato), progettato per gestire un’RPU altamente ottimizzata nei futuri dispositivi embedded e edge. Congiuntamente, queste linee di prodotti consentiranno l’implementazione della tecnologia RPU in un’ampia gamma di applicazioni, dai centri di elaborazione dati e dalle infrastrutture di telecomunicazione ai sistemi edge, industriali e spaziali.» In questo modo, il progetto RPU mira a diventare un elemento fondamentale per le architetture di sicurezza di prossima generazione in tutta Europa, a sostegno di settori critici quali lo spazio, la difesa, le telecomunicazioni, i centri dati, le infrastrutture critiche e i sistemi governativi.
