指纹安全识别进入纯硬件单芯片时代

上网时间: 2009年03月24日? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:指纹识别? 指纹安全处理器? FSC700X?

从2005年开始,代表指纹识别最前沿技术之一的指纹识别芯片在国内出现,预示着“指纹模块”开始向极小化、集成化发展。

2007年,方程式FSC700X系列指纹安全处理器问世,在这样一颗小小的芯片内部集成了微控制器、指纹识别处理、加解密引擎以及工业标准接口,涵盖了生物检测处理的全部核心功能。作为一款真正意义上的ASIC产品,开启了指纹识别产品“低成本、高性能”的新纪元,标志着指纹安全识别进入纯硬件单芯片时代。

专用集成芯片(ASIC)作为“高性能、低成本”代名词,一直被公认为各类电子产品实现产业规模化的关键引擎。这一点在中国的许多电子产品包括彩电、DVD、MP3、手机等领域得到了充分的印证。

由于专用集成芯片(ASIC)有着巨大的性能和成本优势,它不但能简化产品的后端应用开发,而且其成本还能随着产销量的增长不断降低,以核裂变式的连锁反应推动产业规模的迅速膨胀。从全球指纹产业的发展态势来看,迅速突破指纹识别专用集成芯片这一关,是我们占据全球产业链上主动位置的唯一途径。

从国内“指纹识别芯片”的出现,到第一颗真正意义上的指纹识别ASIC问世,中国的指纹识别芯片技术经历了不算漫长却曲折的发展历程。回顾这一过程我们可以将其划分为三个阶段:

第一代:以DSP作为硬件平台的通用芯片

以DSP作为平台,将多颗裸片(DIE)封装到一起,并非专门设计的专用芯片。优点是降低的系统占用PCB板面积,缺点是复杂封装工艺带来的良品率降低,从总的系统成本而言,并未明显降低,甚至可能增加了。

采用DSP作为其硬件平台,客户对处理单个指纹时间不敏感(甚至可长达到2-3秒),总容量在几个到几十个之间,搜索比对时间也不太长。

第二代:以ARM作为硬件平台的通用芯片

实际是一种贴牌ARM9兼容芯片,特点主要是根据指纹识别算法需要,对主频、接口和片上存储单元进行了定制,一般来说,以ARM作为硬件平台的通用芯片的价格较高,ARM兼容芯片对于需要快速投放市场且支持经常升级的小型项目比较适合,这类项目实际对成本不敏感。

从第一代和第二代的指纹识别芯片来看,它们都是一种通用芯片的架构,指纹识别处理以软件方式运行。与真正的ASIC芯片比较,静态功耗和尺寸限制就是这类通用芯片的问题,因为可编程的芯片需要更多晶体管来执行ASIC芯片所含同样的逻辑功能,接口和内部功能单元也和指纹应用的实际需求不配套,这直接带来的影响就是成本增加。

第三代:FSC700X系列:指纹识别专用芯片(ASIC)

区别于国内之前出现过的指纹芯片产品,方程式FSC700X系列的独特之处在于它采用的是纯硬件单芯片的解决方案,是一个ASIC产品。它的特点就是在一颗芯片内集成了微控制器、指纹识别处理、加解密引擎以及工业标准接口,涵盖了生物检测处理的全部核心功能。所以它是一款真正意义上的指纹识别专用超大规模集成电路。

传统的通用微处理器开发指令级并行性主要有两种方法: 一是采用超流水结构提高主频,增加每秒钟执行的指令数;另一是采用超标量或超长指令字(VLIW)结构增加指令发射和执行的并行度,每个周期发射多条指令到多个功能部件上执行,从而提高每个时钟周期执行的指令数。从根本上来讲,传统的通用微处理器芯片对于并发活动缺少专门的硬件支持,数据的移动以及协调同步的操作开销非常之大,使得细粒度的延迟容忍技术不再奏效,导致从高级语言表达的应用代码中自动构造出能在由传统的通用微处理器上有效运行的并行程序非常困难。超标量和VLIW结构其实并不是性价比最好的开发指令级并行性的方法,它们都没有提供对长延迟操作的延迟容忍机制。这是导致以通用芯片为硬件平台实现指纹识别处理需要庞大资源开销的根本原因。

然而,FSC700X系列根据指纹目标应用的计算、访存和I/O特征,创新性得提出了指纹识别的单SOC芯片的解决方案,重新确立了处理器的体系结构。

利用专用超大规模集成电路的高效、低能耗、低成本、低软件开发难度等特性,使用RTL语言直接搭建与指纹应用的并行性特征相匹配的指纹处理单元,从而达到高性能和高效率。这种设计思路,使FSC700X系列作为指纹识别处理专用集成电路,实现了更强大的计算能力和密度,能在单片系统上以低的硬件复杂度开发指纹应用中包含的指令级并行性、数据级并行性和线程级并行性, 能够针对应用中固有的并行性特征动态配置,是大幅度提高计算系统性能、降低功耗和设计复杂性的有效方法。

当前以软件形式进行处理的指纹识别算法,从国际到国内,目前似乎趋向同级化,大家之间的差距在缩小。FSC700X系列的基础算法来源于此。而青出于蓝的地方在于,方程式公司依据高系统性价比的总体目标,特别对速度、稳定性和兼容性等指纹应用瓶颈指标的平衡兼顾,进行了有利于发挥硬件优势的针对性优化,既建立了稳固的系统架构,也实现了强大的功能单元,成为系列ASIC指纹处理芯片的奠基产品。

方程式FSC700X系列的优势

应用开发灵活开放,二次开发基于该芯片提供的稳固的硬件基础功能平台,开发难度小,客户厂商可将其开发资源集中在其擅长的用户界面和应用层开发上,以体现其对细分市场定位的产品规划和营销策略,这样可以综合发挥这些厂商的品牌运作实力,以及方程式公司作为芯片原厂所提供的高水平指纹及加解密核心技术优势。方程式公司亦可接受客户的委托,进行全方位的”Turn-Key Solution”服务,以便更具针对性的满足客户厂商瞄准的市场需求特征。

全硬件单芯片解决方案,系统组成简单,系统成本优势明显。在芯片系统架构上,高速硬件加解密+高性能MCU +指纹芯片内全硬件处理+丰富的接口所组成的单芯片解决方案使整个系统在性价比、系统功耗、系统可靠性上形成明显的竞争优势。

ASIC产品成本随着产销量迅速摊消,可以给采用FSC700X系列数量大的客户以长期成本优势保证。

FSC700X系列产品由世界排名第三的代工厂中芯国际生产,可靠性和功能成熟稳定,较之采用各种通用处理芯片的方案,更具一致性,减少了售后技术服务的难度,可以实现维修成本可控,增强消费者使用信心。

纯硬件单芯片时代来临

众所周知,由于适应市场规模化的关键性产品迟迟没有出现,指纹产业一直处于 “叫好不叫座”的困境。究其原因,我们看到:当前中国的指纹产业,成熟的产业链还没有形成,初期进入的企业不得不承担从指纹识别算法、指纹IC,应用软件到终端产品设计等多个环节,大部分企业采用的几乎都是从头到尾一条龙式的经营模式,一个企业肩负一个产业链上太多的环节是一种不合理的现象,也是造成企业难以集中资源进行应用开发的重要原因。

而方程式的出现将极大降低应用产品提供商的二次开发难度,通过引进方程式的指纹安全识别芯片及模块,即可将高端的指纹技术嫁接到产品中,轻松实现产品的功能创新,为企业带来新的价值增长点和巨大的商业机会。

作为一个新兴的朝阳产业,价格的居高不下是指纹产业难以市场规模化的直接原因,至于能否把价格降下来,则取决于市场的规模,一旦市场变大,在规模经济的作用下,成本会大幅度下降,价格也会随之降低,但较高的价格又成了市场开拓的障碍,没有低价格,市场规模就无从谈起。规模和成本陷入两难。

从之前已经出现的通用芯片来看,不管是DSP,还是ARM,都不可避免的存在价格的刚性,以及非自主产权芯片给供货和成本带来的不稳定性,并不适合大批量工业化生产,这也导致了相关厂商难以加大市场投入,无法充分利用价格武器。具体表现在于,许多指纹厂商由于能够采购到的DSP或ARM的具体型号经常变化,要么经常调整相应的软件,要么尽量吃尽同一型号的DSP形成存货(典型的存量一般在几K到10多K),这都占用了大量企业资源,使企业成本失控,即便这样也无法确保持续生产和稳定销售,从而形成了作坊式的运营格局。

FSC700X系列作为指纹安全识别领域第一款真正意义上的ASIC,其最大的特点在于开发必须做到“首次肯定正确”,因此围绕这一任务产生的NRE(非重复性工程设计)和开发成本非常高昂。但是一旦大量生产,其ROI(return on investment,投资回报率)将迅速改善,几乎真得可以印证那句稍显夸张的名言“芯片的成本将像沙子一样”。而成本的不断降低意味着产品价格即将突破起量临界点,指纹产业的规模化指日可待。

方程式的出现是指纹产业链真正成熟发展的契机,从这个意义而言,FINCHOS至少可以称为指纹产业链的奠基者之一,应该也是其中最关键的奠基者。方程式的出现标志着指纹安全识别已经进入了纯硬件单芯片时代。


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