10년이 지난 지금, zeroRISC가 제시하는 오픈 실리콘의 밝은 미래

2018년 Hot Chips 컨퍼런스에서 Google 하드웨어 엔지니어들은 서버에 실리콘 루트 오브 트러스트(RoT)를 생성하도록 설계된 최근 도입한 “Titan” 칩을 상세히 설명했습니다. RoT는 당시 프로세서 디자이너들이 Spectre 및 Meltdown 취약점 사태 이후 보안을 확보하기 위해 추진했던 더 큰 흐름의 일부였습니다. 그들은 또한 이를 오픈 소스 형태로 제공할 계획에 대해서도 이야기했는데, 이는 초기 단계인 오픈 실리콘 운동의 또 다른 발걸음이었습니다.

당시 Google에서 OpenTitan을 이끌었던 인물은 Dominic Rizzo였으며, 그는 이 노력을 추진하고 5년 동안 기술 리드 매니저 역할을 수행했습니다.

Rizzo는 The Next Platform과의 인터뷰에서 “제가 Google 내부에서 OpenTitan을 판매했던 방식은 클라우드를 위해 많은 이종(heterogenous) 하드웨어를 구매하면서 보안 태세가 다소 들쭉날쭉했기 때문입니다. OpenTitan은 정말로 처음으로 신뢰할 수 있고, 충분한 자원이 투입된, 처음부터 제대로 구축하는 오픈 소스 실리콘 프로젝트였습니다.”라고 말했습니다.

Rizzo에게 있어 이는 오픈 실리콘의 돌을 산 위로 밀어 올리는 10년간의 노력의 시작점이었습니다. 그는 2023년에 Google를 떠났지만, OpenTitan의 공식 유지 관리자이자 호스팅 주체인 lowRISC의 프로젝트 디렉터로서 여전히 활동하고 있습니다. 그가 Google를 떠난 같은 해에 Rizzo는 오픈 실리콘 RoT의 광범위한 상업적 채택을 추진하는 스타트업 zeroRISC를 공동 창립하고 CEO가 되었습니다.

5월에 zeroRISC는 Qualcomm, Analog Devices, Meta를 포함한 다른 업계 플레이어들과 Max Planck Institute for Security and Privacy와 함께 비영리 표준 컨소시엄인 GlobalPlatform의 후원 아래 Pavona를 출시했습니다. Rizzo가 의장을 맡고 있는 Pavona는 오픈하고 안전한 하드웨어 설계를 위한 중립적인 생태계로, 소프트웨어 분야에서 open source Yocto Project나 Zephyr Project가 작동하는 방식과 유사합니다. Pavona에는 ML-KEM, ML-DSA, SLH-DSA를 포함한 다양한 알고리즘을 지원하는 양산 단계의 포스트-양자 암호(PQC) 스택이 포함되어 있으며, 조직이 하드웨어 Root of Trust (RoT) 및 칩 서브시스템을 구축하는 데 사용할 수 있는 조합 가능한 플랫폼을 제공합니다.

그는 오픈 실리콘에 대한 주장이 본질적으로 오픈 소스 소프트웨어에 대한 주장과 일치한다고 말합니다. 여기에는 Intel, AMD, Nvidia와 같은 곳의 상용 칩에서 발생하는 라이선스 비용 및 로열티를 제거하여 비용을 절감하고, 인프라를 재사용하며, 더 나은 협업을 제공하는 것이 포함됩니다. 혁신 속도를 높이고, 공급망 전반에 걸쳐 투명성과 신뢰성을 높이며, 설계에 더 많은 사람이 참여함으로써 취약점과 결함을 감지하고 수정할 수 있는 눈이 많아질 수 있습니다.

Rizzo는 오픈 소스 실리콘의 개념이 오픈 소스 소프트웨어와 Linux가 등장했을 무렵에 생겨났지만, 추진력을 얻지 못했다고 말합니다.

그는 “일관성 없는 인터페이스, 일관성 없는 표준, 그리고 실리콘 산업에서 엔지니어의 역할이 매우 구체적이라는 사실과 관련이 깊습니다”라고 말합니다. “백엔드 생산 담당자가 있고, 레이아웃 담당자가 있고, 아날로그 담당자가 있고, 디지털 디자이너가 있고, DV(Design Verification) 담당자가 있습니다. 소프트웨어와는 다릅니다. 그 역할들 안에서 그런 종류의 움직임이 실제로 없습니다. 사람들은 매우, 매우 전문화되기 때문에, ‘이런 모든 것을 하는 오픈 프로젝트가 있으니, 원하는 대로 활용하라’는 개념은 결코 자리 잡지 못했습니다. 또한 소프트웨어를 할 때보다 이 일을 하는 사람이 훨씬 적습니다.”

하지만 lowRISC에 따르면 반도체 산업의 진화는 IP(지적재산) 비즈니스 모델 채택을 포함하여 최근 확장의 동력이 되었습니다.

이 회사는 올해 초 다음과 같이 작성했습니다. “오늘날 모든 칩 설계는 모듈식이며, 대다수는 Arm이나 Synopsys 같은 IP 벤더와 TSMC 같은 파운드리로부터 제3자 IP를 채택합니다.” 이 IP 재사용은 업계에 개발 비용과 시간의 큰 절감 및 품질 향상이라는 주요 이점을 가져왔으며, 이는 일반적으로 오픈 소스와 연관된 혜택입니다. ... 실리콘 벤더가 상용 벤더의 것 대신 오픈 소스 IP를 사용하기 시작하는 것은 작은 단계일 뿐입니다.”

게다가, open RISC-V 아키텍처는 2010년 도입된 이후 계속 성숙해 왔으며 임베디드 시스템에 폭넓게 채택되고 있고, 데이터센터로 확장하려는 움직임이 있습니다.

Rizzo는 “RISC-V가 오픈 소스 명령어 세트 아키텍처(ISA)이기 때문에 거의 허가를 받은 것과 같습니다.”라고 말합니다. “이전에도 모든 것이 매우 독점적이었을 때, Arm은 독점 ISA를 통해 상당한 수익을 올린 것으로 유명했지만, 그것은 자연스러운 질문을 던지게 했습니다. 오픈 소스 ISA가 있다면, 왜 구현체까지 오픈 소스로 만들지 않는가? 그것이 자연스러운 다음 단계입니다. 이러한 허가는 또한 많은 도움이 되었습니다.”

또한 lowRISC의 Ibex CPU(아래)는 2019년에 출시되었으며 현재 다양한 SoC 설계에 사용되고 있습니다.

2014년, Nuvoton은 OpenTitan 기반의 독립형 RoT 보안 칩(아래)을 시장에 내놓았고, Google이 이를 ChromeOS를 실행하는 Chromebook에 사용할 계획임을 발표했습니다.

2025년에는 OpenTitan 요소를 포함하는 RoT 아키텍처인 Caliptra(아래)가 처음 출시되었습니다. 이는 Microsoft, Google, AMD, Nvidia와 같은 벤더들이 CHIPS Alliance 및 Open Compute Project를 통해 개발했으며 데이터센터급 SoC를 위해 설계되었습니다.

지난 몇 년 동안, 업계는 더 많은 기업과 산업 그룹이 이 분야에 진출하는 것을 보기 시작했습니다. lowRISC는 2014년에 출시되었고, RISC-V 기반의 맞춤형 실리콘 솔루션을 제공하는 SiFive가 2년 후 잠행(stealth) 상태에서 모습을 드러냈습니다. Capability Hardware Enhanced RISC Instructions Alliance, 즉 CHERI는 Arm, Google, 영국 국가 사이버 보안 센터(NCSC), 그리고 lowRISC를 포함한 회원사들과 함께 2024년에 설립되었습니다. 이 기술은 하드웨어에 보안을 내장하여 하드웨어 메모리에 저장된 데이터를 보호하는 것을 목표로 합니다.

zeroRISC 역시 '실리콘 트러스트 스택(silicon trust stack)'이라고 부르는 것으로 보안에 중점을 둡니다. 이 회사의 제품군은 칩 설계 팀을 위한 Pavona 저장소와 협업 계층으로, 버전 관리, 검토 워크플로우, 빌드 아티팩트, 물리적 하드웨어에 대한 검증 워크로드를 포함하는 지속적 통합(continuous integration), 그리고 양자 내성(post quantum-ready) 실리콘 IP를 포함합니다. 또한, 하드웨어 보안 모듈(HSM)을 백업하고 OEM 디버깅 및 원격 업데이트를 제공하는 관리 서비스가 포함된 데이터센터용 라인사 서버 프로비저닝 서비스도 있습니다.

지난 5월, 이 회사는 고전적 환경과 양자 내성 환경 모두를 위한 암호화 하드웨어 및 소프트웨어 스택의 오픈 소스 버전을 공개했습니다. 여기에는 양자 내성과 고전적 비대칭 알고리즘을 위한 프로그래밍 가능한 비대칭 암호화 코프로세서(ACC)와 AES 및 SHA2/3 같은 대칭 연산을 위한 전용 하드웨어 가속기를 갖춘 구성 가능한 Cryptolib 임베디드 라이브러리가 실리콘 플랫폼에 포함되어 있습니다.

Rizzo에 따르면 PQC(Post-Quantum Cryptography)는 Pavona와 같은 산업 및 조직에게 핵심적인 과제입니다. 미국 정부와 유럽 및 기타 지역의 대응 기관들은 다가오는 양자 컴퓨팅 시대를 해결하기 위해 이러한 기술을 도입하도록 조직들에게 공격적인 마감 기한을 설정하고 있습니다. 양자 시스템은 AES-256 및 유사한 암호화 기술로 보호되는 데이터를 빠르게 복호화할 수 있을 것으로 예상되며, 이러한 컴퓨터에 접근하는 위협 그룹들은 이미 훔쳤을 수도 있지만 아직 접근할 수 있는 데이터까지도 접근할 수 있게 되는데, 이를 “지금 수확하고 나중에 해독(harvest now, decrypt later)”이라는 위협이라고 합니다.

Google은 이 시점을 2029년으로 설정했으며, 다른 곳들은 2030년 또는 그 이후를 보고 있습니다. PQC로 전환하는 것은 회사들에게 매우 중요한 변화이며, 평생에 한 번 있을까 말까 한 종류의 변화이고, ML-DSA, MLKEM, SPHINCS+ 등으로 이미 시작되고 있으며, 더 많은 것이 뒤따를 것이라고 Rizzo는 말합니다.

그는 “PQC 암호화는 고전적인 암호화보다 구현하기가 약간 더 까다롭습니다. 왜냐하면 고전적 암호학에서는 모든 이러한 암호화 연산 및 기본 요소의 근간이 되는 하나의 어려운 문제가 있는 경향이 있지만, 비대칭(asymmetric) 암호화의 경우 특히 그렇습니다.”라고 말합니다. “PQC는 다르게 작동하며 트레이드오프가 훨씬 다양하고 근본적인 어려운 문제들도 다르며, 심지어 다양한 연산에 대한 구현 자체도 다릅니다.”

앞으로 나아가야 할 몇 가지 것들이 있다고 그는 말합니다. Pavona와 함께 블록 설계 및 개발과 같은 IP 작업이 진행되고 있지만, 많은 노력이 조직들이 오픈 실리콘 기술을 더 쉽게 사용할 수 있도록 인프라, 구성 가능성(configurability), 그리고 유연성에 같은 영역에 투입되고 있습니다. 거버넌스(Governance) 또한 핵심적인 문제입니다.

“이것 전체에서 가장 흥미로운 측면 중 하나는 우리가 기술을 개방된 상태로 구축할 수 있다는 것입니다,” Rizzo가 말합니다. “우리는 그것을 할 방법을 알고 있습니다. 더 정확히 말하면, 장기적으로 어떻게 유지할 것인가? 그 주변에 실제 생태계를 어떻게 구축할 것인가? 단지 한 명의 후원자만이 아니라 모두가 어느 정도 혜택을 누리도록 어떻게 만들 것인가?”

게다가 유럽 연합(EU)의 사이버 복원력 법(Cyber Resilience Act)과 같은 새로운 규정들은 사이버 사고에 대한 책임을 장치 제조업체들에게로 옮기고 있으며, 이는 그들이 무엇을 구현하고 어떤 것에 책임을 질지 살펴보고, 자신들이 구축하는 것에 대해 더 큰 통제권을 확보하기 위해 공급망 깊숙이 파고들도록 강요하고 있다고 그는 말합니다.

“소프트웨어 아래에 알려진 좋은 상태로 재설정할 수 있는 하드웨어 루트 오브 트러스트(hardware root of trust)가 필요하며, 그렇지 않으면 모든 희망을 잃게 됩니다,” Rizzo가 말합니다. “이것이 사람들에게 깨닫히고 있습니다. 실제로 칩에 대한 통제권이 필요합니다. 소프트웨어 공격 표면(attack surface)은 항상 넓었지만, 이제 공격 능력 또한 그 넓은 표면에 맞추어 성장했습니다. 이를 해결하는 방법은 실리콘 루트 오브 트러스트를 갖는 것입니다.”