Wally讲述Cornami如何实现全同态加密

EDA老将Walden C. Rhines（Wally）今年加入了一家开发多核心加速器芯片的美国硅谷新创公司Cornami，并担任CEO一职。该公司开发了一个“信任流”编程环境，可以生成独立的可执行数据流和控制流。他们还设计了芯片，为程序的多核执行提供了计算结构，与传统的基于Xeon或nVidia的服务器相比，性能更高，同时功耗不到一半。

此前，Wally在1993年至2018年间担任Mentor Graphics的CEO。在Mentor任职期间，Mentor开发了Calibre系列物理验证和世界领先的设计和测试软件，收入增长了5倍，市值增长了10倍。在Mentor之前，Wally是德州仪器半导体业务部门的执行副总裁。

以下是SemiWiki的专访

问：在Mentor担任CEO超过25年后，你为什么要寻求另一个CEO职位？

Wally：我参与了各种咨询活动，董事会职位，演讲和两本书的写作。在为DARPA执行咨询工作时，我被要求调查全同态加密（FHE）的行业进展，因为国防部高度重视这种网络安全的终极能力。。当我与半导体公司讨论FHE时，我被告知FHE的能力还有10年或更长的时间，计算性能要求将是当今最好处理器的100万倍以上。在为DARPA写报告之后，我遇到了我的一个业界老友Gordie Campbell，他让我去拜访Cornami。那次拜访使我的方向发生了重大变化。

问：Cornami有什么独特之处？

Wally：Cornami最初是一家软件公司，由Fred Furtek和Paul Master开发了一个创新的编程环境。他们用一个类似C语言的编程环境来攻击“非确定性pthread的暴力破解”，这种环境可以生成独立的可执行数据流和控制流。结果是多核处理器系统的性能至少得到了一个数量级的改进。然而，为了从软件中获得最大的优势，他们设计了一个用于机器学习的多核处理器。芯片仿真验证了一个或多个数量级的性能改善，超过了如今所有新发布的冯·诺依曼芯片架构以及过去的冯·诺依曼架构（如nVidia Ampere）处理器的最佳预期结果。因为我看过很多后冯·诺依曼（post Von Neumann）的芯片架构，我发现产品空间非常拥挤，所以我觉得没什么新意，但是保罗说了一段让我吃惊的话。“我们也可以做一些你从未听说过的完全同态加密，或FHE。”之后就是对Cornami仿真数据进行数月分析，到2020年3月，我被说服了。Cornami的软件和硬件将实时执行FHE。

问：什么是FHE？为什么它对计算的未来如此重要？

Wally：作为斯坦福大学博士研究的一部分，Craig Gentry里于2009年发明了FHE。同态加密是一种加密形式，允许在不解密的情况下对数据执行计算。国防高级研究计划局称之为“密码学的圣杯”。全同态加密将能力从简单的计算扩展到计算机执行的任何形式的算术或逻辑计算。因为任何时候都无法完全保护数据的安全，所以没有一个解决方案可以让数据不受黑客的控制。FHE开创了一个新的数据时代，加密数据可以被收集并构建到加密的机器学习模型中。可以对这些模型进行加密查询，并将加密结果返回给生成查询的用户。数据永远不会泄露，它可以一次又一次地被出售，这将预示着“石油革命”的到来，因为“数据的再利用”是安全的，并且是无限的。

问：如此不可思议的价值，为什么它还没有成为全球网络安全的标准呢？

Wally：他有一个主要的限制。它的计算量非常大。要在加密的“密文”上实现计算性能（相当于在纯文本上运行的计算机），计算机的速度必须是传统Xeon服务器的100万倍左右。幸运的是，Cornami的TruStreams软件和芯片解决了这个问题。这些处理器在芯片上的处理器核心、多个芯片、多个PCB和服务器上提供了线性性能可伸缩性，通过对芯片的详细仿真验证了这一点。FHE还提供了一些关于数据移动和可配置性的额外挑战。即使你能忍受功耗，冯·诺依曼架构的芯片也不能解决问题，因为算法每月都在变化，所以芯片结构必须是可重构的。

问：如果应用软件必须修改为支持FHE，那么Cornami将如何为用户的机器学习应用程序建立一个庞大的软件基础？

Wally：对于机器学习来说，应用软件的庞大基础已经存在，并且可以不变地运行。这些应用程序大多依赖于标准接口，如ONNX、PyTorch、TensorFlow等。对于FHE，有TFHE、Palisade、Seal、HeLIB等标准框架，它们的指令直接由TruStreams执行。

数百家公司已经在为同态加密时代做准备。Gartner预测，到2025年，至少25%的公司将有支持FHE的项目。国防部和医疗服务部门的大多数用户并不是直接用户。

问：产品何时出来？

Wally：明年。我们正处于芯片设计验证的最后阶段。我们还得再筹集一轮资金。我们有服务器开发和生产的合作伙伴，以及为客户提供服务的合作伙伴，以实现他们新的数据安全级别。