JSSC 2023第7期Other65nm

ASCH-PUF A Zero Bit Error Rate CMOS Physically Unclonable Function With Dual-Mod

提出一种零误码率的CMOS物理不可克隆函数ASCH-PUF，采用双模式自动自检自愈技术。

65nm CMOS, 0.7-1.4V, 0 BER (<1.77E−9), -20°C–125°C

物理不可克隆函数零误码率CMOS自检自愈双模式

▸创新点1：自动自检自愈(ASCH)稳定技术，通过动态检测和屏蔽不稳定PUF单元，实现零比特错误率(BER <1.77E−9)，无需传统温度扫描或复杂ECC开销，显著提升密钥可靠性。

▸创新点2：双模式运行架构（静态S-ASCH与动态D-ASCH），静态模式使用预存掩码，动态模式实时检测不稳定位并消除对非易失性存储器(NVM)的依赖，降低硬件成本与功耗。

▸创新点3：基于亚阈值反相器链的PUF单元设计创新，结合ASCH系统在-20°C至125°C温度范围和0.7-1.4V电压波动下保持稳定性，掩码率仅31%-35%，优于传统方案。

▸创新点4：实测11.4Gb/s吞吐量与0.057fJ/b能效（1.2V/25°C），通过电路级优化实现高速低功耗，适用于物联网设备密钥生成场景。

Abstract

Physically unclonable functions (PUFs) are increas- ingly adopted for low-cost and secure secret key and chip ID gen- erations for embedded and the Internet of Things (IoT) devices. Achieving 100% reproducible keys across wide temperature and voltage variations over the lifetime of a device is critical and conventionally requires large masking or error correction code (ECC) overhead to guarantee. This article presents an automatic self checking and healing (ASCH) stabilization technique for a st