Contraffazione dei componenti: Andiamo verso un futuro senza falsi?

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(Fonte dell’immagine: Gorodenkoff/Stock.adobe.com)

Di Murray Slovick per TTI, Inc.

Pubblicato il 9 febbraio 2023

Nonostante i suoi progressi ad alta tecnologia, l’industria dei semiconduttori è stata estremamente vulnerabile alle contraffazioni, con un rischio stimato di 200 miliardi di dollari all’anno per la catena di fornitura globale dell’elettronica. La carenza globale di chip aumenta ulteriormente il rischio. La carenza di componenti spinge gli acquirenti verso il mercato grigio e aumenta l’importanza dell’identificazione per verificare la proprietà di un dispositivo. Per di più, il commercio di merci contraffatte e pirata è aumentato costantemente dall’inizio della pandemia di COVID, con la microelettronica come settore in crescita.

È finita l’epoca in cui un componente falso era facile da individuare. Oggi i componenti possono essere clonati con precisione ed è difficile distinguerli dagli articoli originali. Nonostante le numerose tecniche anti-contraffazione disponibili, come le etichette RFID e gli ologrammi, i dispositivi a semiconduttore possono essere copiati, pertanto, urge sviluppare nuovi approcci e migliorare le tecnologie attuali.

Diamo uno sguardo ad alcune delle cosiddette metodologie di autenticazione dei prodotti “infrangibili”, che promettono di rendere la contraffazione molto più difficile.

Funzioni fisiche non clonabili e punti quantici

Ogni chip è unico, grazie alle microscopiche imperfezioni casuali e incontrollabili nella struttura molecolare del materiale utilizzato per produrlo. Questa unicità può essere utilizzata per dimostrarne l’autenticità. Le funzioni fisiche non clonabili (PUF) fanno uso di queste fluttuazioni casuali naturali. Una PUF è un dispositivo dotato di proprietà fisiche uniche e irripetibili che possono essere tradotte in bit di informazioni utilizzabili. Le PUF che utilizzano caratteristiche fisiche casuali per l’autenticazione sono vantaggiose rispetto alle soluzioni ottiche esistenti, come gli ologrammi, per via dell’asimmetria intrinseca nella loro complessità di fabbricazione e riproduzione. L’autenticazione basata su tecnologia PUF comprende un chip fabbricato tramite processi intrinsecamente casuali che rendono la clonazione quasi impossibile. Poiché il sistema PUF è difficile da duplicare, il metodo è in grado di garantire un livello di sicurezza molto elevato, che lo rende molto adatto per le applicazioni anti-contraffazione.

I punti quantici (QD) sono nanoparticelle di materiali semiconduttori che presentano un’elevata efficienza di fotoluminescenza su un’ampia gamma di colori sintonizzabili, che li rende efficaci nel conferire proprietà ottiche uniche. Pertanto, le funzioni di sicurezza basate sui QD sono intrinsecamente molto difficili da riprodurre e possono essere utilizzate per combattere la contraffazione. Un array di punti quantici depositati casualmente può essere incapsulato in un polimero trasparente, formando un’etichetta. I computer quantistici utilizzano la luce al posto delle cariche elettriche per memorizzare e trasportare informazioni. Secondo le leggi della meccanica quantistica, un singolo fotone può trovarsi in due posti differenti contemporaneamente. Come tale, un fotone singolo può agire come un bit quantistico, o qubit, che trasporta molte più informazioni di un bit binario, che si limita a un valore 0 o 1.

È questo il caso di Ubiquitous Quantum Dots o UbiQD, un’azienda di nanotecnologie con sede nel New Mexico, e SICPA SA, un’azienda tecnologica svizzera specializzata in inchiostri di sicurezza, hanno esteso la loro collaborazione allo sviluppo di inchiostri di sicurezza anti-contraffazione basati sulla tecnologia dei punti quantici di UbiQD. Questa collaborazione permetterà lo sviluppo di funzioni ottiche e leggibili a macchina all’avanguardia sotto forma di una gamma di inchiostri di sicurezza.

Allo stesso tempo, i ricercatori dell’Istituto Nazionale di Standard e Tecnologia (NIST) e i loro colleghi hanno collegato i punti quantici dei microchip con guide d'onda miniaturizzate (circuiti in grado di guidare la luce) senza una significativa perdita di intensità. Il circuito ibrido consiste di due componenti, ciascuno inizialmente costruito su un chip separato. Il primo è un dispositivo semiconduttore all'arseniuro di gallio, progettato e fabbricato al NIST, che ospita i punti quantici e convoglia direttamente i singoli fotoni che essi generano in un secondo dispositivo, una guida d'onda al nitruro di silicio a bassa perdita.

Gli scienziati, che includono ricercatori dell’Università della California, Santa Barbara (UCSB), del Massachussets Institute of Technology (MIT), del Korea Institute of Science and Technology e dell’Univerisità di San Paolo in Brasile, hanno riportato i loro risultati l’11 dicembre su Nature Communications.

Quantum Base Ltd., un’azienda spin-out dell'Università di Lancaster, ha inventato, sviluppato e brevettato una gamma di dispositivi di sicurezza quantistici su scala nanometrica, frutto dello sviluppo delle versioni sia ottica (OPUF) che elettronica (EPUF), e di un semplice generatore quantistico di numeri casuali (Q-RAND). I loro altri due prodotti, Q-ID Electronic e Q-ID Optical, permettono entrambi l’autenticazione dell’utente finale, l’etichettatura anti-contraffazione dei dispositivi, l’autenticazione della carta di identità, la verifica di prodotti farmaceutici e altre applicazioni.

AS6081

Lo standard AS6081 è stato creato in risposta a un volume significativo e crescente di componenti elettronici fraudolenti/contraffatti che entrano nella catena di fornitura aerospaziale, con rischi significativi per le prestazioni, l’affidabilità e la sicurezza. Questo standard stabilisce i requisiti e le pratiche per mitigare il rischio di acquisto, ricezione e vendita di componenti fraudolenti/contraffatti, dando così ai clienti fiducia nella propria catena di fornitura. L’AS6081 è uno standard di base nell’elenco dell’ANAB (ANSI National Accreditation Board). L’ANAB è un’organizzazione non governativa che fornisce servizi di accreditamento e formazione alle organizzazioni del settore pubblico e privato, al servizio del mercato globale.

Nel tentativo di automatizzare i requisiti per l'ispezione visiva esterna e le prove elettriche dello standard per la prevenzione della contraffazione AS6081, aziende come la start-up Chiplytics, con sede ad Albuquerque, promettono tempi di evasione più rapidi e valutazioni più orientate ai dati. La tecnologia proprietaria di Chiplytics, la Chiplytics One, esamina ogni chip destinato ai sistemi critici per combattere la contraffazione, garantendo la sicurezza e la conformità dei semiconduttori in tutto il mondo, che permettono al commercio e agli scambi di funzionare in modo sicuro a livello globale.

Questo avviene tramite un prodotto automatizzato per il controllo della qualità dei semiconduttori, per qualsiasi semiconduttore, raccogliendo sia una firma elettrica unica che un’immagine di ogni chip per eseguire un’analisi finalizzata a determinare se il chip è autentico e privo di errori. Si tratta dunque della prima piattaforma di ispezione che combina test elettrici e ottici per costruire serie di dati in grado di rilevare piccole differenze per identificare cloni, contraffazioni o chip danneggiati. L’azienda intende sfruttare queste serie di dati e il suo software proprietario per aiutare le aziende a reperire e testare i chip prima di inserirli in sistemi ad alta affidabilità, in modo da evitare richiami costosi e costruire fiducia. Chiplytics esegue i test in modo non invasivo, rilevando le anomalie attraverso l’apprendimento automatico. Il prodotto utilizza la tecnica Power Spectrum Analysis (PSA) per valutare approfonditamente l’omogeneità e identificare gli outlier. L’acquisizione dei dati viene eseguita in pochi millisecondi con una configurazione minima, il che consente una maggiore copertura e una maggiore produttività.

Le radiazioni Terahertz (THz), le cui lunghezza d’onda si posizionano tra quelle delle microonde e quelle delle onde della luce visibile, sono trasparenti per i materiali non conduttivi frequentemente utilizzati per l’incapsulamento di dispositivi come i chip semiconduttori. Sfruttando questo dato di fatto, i ricercatori della Ajou University e Panoptics Corp. in Corea hanno sviluppato uno strumento rapido di imaging tridimensionale (3D) a tempo di volo per ispezionare i chip semiconduttori confezionati, utilizzando tecniche di spettroscopia nel dominio del tempo Terahertz (Thz). Sfruttando inoltre le informazioni sulla fase, sono in grado di rilevare e identificare difetti nei chip confezionati.

Intelligenza artificiale (AI)

La sfida principale nell’elettronica contraffatta consiste nel trovarla. A tal fine, la start-up israeliana Cybord ha una soluzione esclusivamente software; utilizza l’hardware già in linea per ottenere immagini dei componenti utilizzati dall’alto e dal basso. Queste immagini vengono analizzate da un software AI che utilizza un ampio database, che consente all’azienda di rilevare se un componente è falso, danneggiato, corroso, non marcato o se contiene altre anomalie. Anche se un componente è perfetto, l’azienda registra dove viene collocato e a quale PCB o prodotto è destinato e controlla i componenti contraffatti durante l’assemblaggio del prodotto.

Le soluzioni software di Cybord monitorano in tempo reale i posizionamenti sulle linee SMT ed eliminano l’utilizzo di componenti elettronici non conformi durante l’assemblaggio del prodotto, fornendo al tempo stesso agli OEM visibilità e tracciabilità. Utilizzando l’intelligenza artificiale e i big data, i difetti dei componenti vengono risolti durante il posizionamento e prima della rifusione, semplificando la rilavorazione e migliorando l'affidabilità del prodotto.

L’AI ha fatto progressi fino al punto da poter identificare questi componenti falsi. Il software visivo di Cybord verifica l’autenticità di ciascun componente attraverso le sue misurazioni, il codice data, il codice lotto e il batch. La sfida, naturalmente, consiste nel trovare dati sufficienti. Cybord dichiara di aver compilato dati per miliardi di componenti elettronici nei suoi database, analizzando circa 250 milioni di componenti al mese.

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