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美国军用集成电路供应链风险及其应对措施

文档作者：胡开博，张倩文档来源：工业和信息化部电子科学技术情报研究所		点击数：	更新时间： 2025年09月05日
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上一篇：浅谈自举电路在电路设计中的应用

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L一产业发展烹烹煮腮烹出U
羹国军用集成电路
供应链风险及其应对措施
胡开博，张倩
(工业和信息化部电子科学技术情报研究所，北京，1 00040)
摘要：本文对当前美国军用集成电路供应链面临的风险进行了详细分析，包括伪冒元器件、恶意芯片、集
成电路工业基础，并从战略、管理、技术三个层面对美国政府采取的应对措施进行了深入研究，最后提出
了启示。
关键词：军用集成电路；供应链风险；美国；应对措施
The Risk of Military Integrated Circuit Supply Chain
in the United States and its Countermeasures
HU Kai-bo，ZHANG Qian
(Electronic Technology Information Research Institute，Beijing，100040 China)
Abstract：The military integrated circuit(IC)supply chain risks in the U．S．are analyzed in detail，including
counterfeit component，malicious chip，and IC industrial base．The strategic，management，and technology measures
taken by the U．S．government are studied．At last，the enlightenment is put forward．
Keywords：Military integrated circuit；Supply Chain Risk；U．S．；Countermeasure
1 引言
随着集成电路供应链全球化发展、产品更新换
代加快，美国军用关键产品呈现不可溯、不可控态
势，国防安全遭到威胁。为此，美国政府高度重视军
用集成电路供应链安全，从战略、管理、技术等层面
采取了一系列措施。
2美国军用集成电路
供应链面临的风险
2．1伪冒元器件大量渗入军用集成电路
供应链
美军部分装备超期服役及战损加剧，需要大量
芯片产品，而关键芯片尤其是停产断档产品的采购
过度依赖分销商，采购渠道错综复杂，使得伪冒电子
http：Ilwww．cicmag．com
万方数据
凼U C巾hin国a In集te成电路 产业发展—一gratedCircuit ■●■■一 ， 卫瞩瓜一
元器件成为威胁美军集成电路供应链安全的最大问
题。伪冒电子元器件是指非原厂生产的或者版图及
等级、型号、生产日期等信息被更改的那些企图冒充
原厂元器件的伪造品或假冒品㈣。
美国商务部在2010年国防工业基础评估中指
出，伪冒电子元器件案件由2005年的3369起增长
到2008年的8644起【2】。尤其近两年，伪冒电子元器
件案件呈现更快上升势头，美国iSuppli市场研究公
司2012年年初的调查显示，伪冒电子元器件案件
201 1年比2009年增加了4倍【7】，主要涉及模拟集成
电路、微处理器、存储器、可编程逻辑器件和晶体管
五大类，并有从集成电路向分立器件扩散的趋势[81。
10月，iSuppli公司再次发出警告，伪冒电子元器件
案件数仍在以201 1年的速度继续增长，增长率达到
107．3％【9】。
伪冒电子元器件已渗透到美国电子元器件生产
商、分销商、装备集成商和国防部等供应链各环节，
受影响部门或企业的数量占整个国防电子供应链的
40％12]。美国商务部表示伪冒电子元器件正导致武器
系统的可靠性每年下降5％。15％1m1；伪冒电子元器
件一旦装机，其检验、替换的时间与经济成本将十分
巨大，美国国防部估计，仅替换现役装备中仿制和翻
新的电子元器件的费用就将高达数亿美元[11]。伪冒
电子元器件也已成为导致装备研制项目超期或超支
的重要原因之一，美国国家宇航局某探测项目曾因
此不得不延期9个月，并超支20％1坨1。美政府问责署
在对国防后勤局、导弹防御局等国防部门和若干装
备的调查中均发现了伪冒电子元器件【，31；201 1年底
参议院军事委员会调查发现进入美军现役装备的伪
冒元器件超过100万件，涉及C一17运输机、CH一46
直升机、末段高空区域防御系统等八大装备【14】。
2．2恶意芯片成为美军“地狱之魇”
美国军用集成电路90％以上依赖海外制造，部
分关键芯片的设计、制造、测试环节分布在多个“不
可信”地区，国防部门无力对如此大量的芯片进行
有效监测。美国国防科学委员会曾发布报告称，敌
方极有可能篡改用于军事装备的商用芯片，即使不
更改电路，仅在生产过程中对参数做出细微修改便
可显著降低器件的可靠性。斯坦福大学验证了人为
工艺缺陷可使设计寿命15年的军用卫星在6个月
后失效t151。
恶意芯片尤其是硬件木马问题被美国中央情报
局、国家安全局称为“地狱之魇”[161。硬件木马是一
种植入集成电路的恶意电路模块，可导致功能失效、
性能劣化、信息窃取、监听控制等。相比软件木马，硬
件木马的物理属性使其攻击极为隐蔽，且不可查杀、
不可修复。2007年叙利亚雷达在以色列空袭其核设
施前全部失效，除了“舒特”电子战这一解释外，
2008年美国IEEE会刊还报道了另一种可能，即叙
方雷达中商用芯片被植入了恶意电路旧。美国导弹
防御局、联邦调查局、国土安全部都表示集成电路可
能在设计或生产环节遭篡改，危害美国网络空间安
全，并称已发现销往美国的商用芯片被预置了恶意
电路1181。目前，美国已有能力将硬件木马植人无线通
信芯片等关键集成电路，甚至可用聚焦离子束
(FIB)将其植入成品芯片。
2012年5月，英国剑桥大学声称在美国军用现
场可编程门阵列(FPGA)产品中检测到被蓄意植入
的后门【19】，尽管在11月详细内容披露后证实该“后
门”仅是常规的数字电路调试接口㈣，但该事件暴露
出芯片安全新的弱点，而攻击技术的快速发展再一
次敲响了芯片硬件安全问题的警钟。
2．3集成电路制造业外迁削弱国防优势
2010年美商务部统计，在250～65纳米军品
工艺区间有47％的美国厂家选择在境外代工制造。
而且相比亚洲等地，美国尖端集成电路代工厂数量
也在减少，45纳米及以下节点制造能力不足【21]。例
如德州仪器公司停止了本土45纳米及以下节点的
制造能力建设，转而依赖海外代工厂研制先进微处
理器㈤。
美国著名IT咨询公司Gartner预测，至2014年
美国具备集成电路尖端制造能力的公司将剩下10
万方数据
家1231。美国国防科学委员会、国防先期研究计划局
(DARPA)均表示，集成电路大多依赖亚欧的制造
设施，造成知识产权核(IP核)设计实际上在境外
开展，军用设计概念得不到验证，优秀人才流失，影
响先进技术向国防应用的转化，最终将削弱尖端集
成电路的工业基础。
此外，随着集成电路越来越复杂，其核心技术已
成为高价值的军事秘密，而境外代工生产和建线，存
在设计、工艺、设备及人员不可控的风险，美国国防
部极为担心对手通过逆向工程获取芯片设计中的重
要IP核，如内嵌的算法等。
3美采取多项应对措施，
力保军用集成电路供应链安全
3．1实施可信管理，保障关键集成电路
本土产业链完整
美国对国防关键系统所用的集成电路一直采取
保护措施，在境内保留了其产业链的全部要素[241。在
国防部《国防可信集成电路战略》顶层指导下，国家
安全局于2004年成立可信使用项目办公室
(TAPO)与国防部合作开展“可信代工”项目，挑选
从人员到设备等全部生产要素均可信的本土生产线
作为可信代工厂i25-271。同时，国防部发布8500．2指令
128要求“任务保障类I”国防关键系统所用的定制集
成电路必须来自本土可信代工厂。
截止2011年底，可信代工项目累计投入5亿多
美元，惠及IBM、BAE、诺格、雷神、TriQuint等十多家
公司的生产线，并已具备12英寸、32纳米工艺生产
能力，提供IP共享、设计协助、原型试样、小批量生
产等服务[291。另外，为进一步拓展本土军用关键集成
电路供应链各环节安全可控130l，2007年可信使用项
目办公室提出建立“可信供应链”，委托国防微电子
处(DMEA)对关键集成电路的设计、掩模、制造、封
测、分销等服务提供商进行可信认证【311。目前，通过
认证的企业已达55家，提供111项服务[321，仅IBM
公司就已为国防部关键系统提供了16万颗芯片和
3万种设计1263。
3．2研究可信技术，保障商用现货及海
外制造产品安全可用
为保障大量商用现货芯片及海外制造芯片的安
全可用，美军从检测检验和生产制造两方面大力研
发可信技术，尤其是恶意芯片检测技术。
2007年，DARPA启动为期三年的“可信集成电
路”(TRUST)项目，利用x射线成像技术比对芯片
的设计规范1331。在此基础上，2010年DARPA又启动
“完整可靠集成电路”(IRIS)项目，将研究对象拓
展为“电路设计规则未知”的芯片，通过逆向工程验
证芯片，并加强“检测人为工艺缺陷”的研究，从物
理层面判断芯片寿命㈣。随着集成电路功能日益复
杂以及模块化开发方式的普遍应用，美国防部对可
信技术的需求空前迫切，如201 1年“完整可靠集成
电路”项目仅两个月时间便授出9项合同【163。2011
年，美国情报先期研究计划局(IARPA)从生产角度
提出并实施另一新项目——“可信集成电路”
(TIC)，前端工艺在海外制造，关系电路功能实现的
后端工艺移至可信代工厂完成。该项目将既利用海
外低成本的制造设施，又降低集成电路被篡改的风
险1351。
2012年1月，美国国防后勤局(DLA)联合美
国FPGA生产商阿尔特拉公司和应用DNA科学公
司研制出植物DNA防伪标识技术1361，可同时用于裸
芯或封装器件的防伪，具有高效灵活、易于检测、携
带信息量大、耐受强酸碱和阳光直射等优点阳。经美
国爱达荷国家实验室检验【38】，证实该技术无法破解
和仿造。
3．3增补国防授权法，加入防伪冒电子
元器件条款
美国国防部在((2012年国防授权法》【39](以下
简称“法案”)中首次制定了针对伪冒电子元器件
的条款：要求立即评估国防部现有采购政策及对伪
万方数据
由国集成电路
China Integrated Circuit
冒电子元器件的防范能力，统一伪冒电子元器件定
义，发布具体的防范指南，并在《国防联邦采办法》
中增加伪冒电子元器件防范条款。国家宇航局也在
此前《国家宇航局授权法》中新增了类似内容。此
外，法案特别强调加强对装备集成商及电子元器件
供应商的管理，主要包括改进国防部对元器件供应
商的认证和考核，增加技术和管理等具体要求，提高
准入门槛，按需、分级建立可信供应商名录并定期考
核和调整；装备集成商必须从可信或许可的供应商
采购电子元器件，并制定采购、检验、人员培训、跟踪
与上报等具体策略，同时对上游子供应商提出同样
要求；如果在装备中发现伪冒电子元器件，维修替换
工作及其费用全部由装备集成商负责，国防部有权
立即中止合同并拒付任何费用。
应法案要求，国防部负责采办、技术与后勤的副
部长以及国防后勤局、国防联邦采购管理委员会在
2012年采取了多项应对措施。2012年3月，国防部
发布“国防部防范伪冒电子元器件最高指南”备忘
录，对伪冒做出定义，并给出具体防范、检测方法和
补救措施㈣；8月，国防后勤局在国防后勤采办指令
52．21 1-9074中新增“高危器件使用DNA标识”条
款【4l】'要求“联邦供应目录一微电子电路”中的供应
商为其供应的产品从2012年11月起必须带有植物
DNA防伪标识；11月，国防后勤局启动“通过测试认
证的供应商名录”项目【42】，拟通过预先审核方式建立
关键、停产的元器件供应商名单。另外，《国防联邦
采办法》中将新增2012一D055“伪冒电子元器件的
检测和防范”条款，对伪冒电子元器件定义、装备集
成商责任、政府职能等内容做出明确规定，目前该条
款已通过国防采办管理委员会的审核，处于最终修
定阶段1431。
3．4加强反逆向工程技术研究，防止“知
识产权核”外泄
为防止集成电路先进知识产权技术外泄，美国
国防部十分重视发展以反逆向工程为主的防篡改技
术。2008年，美国国防部核心指令之一——5200．39
产业发展—j
“国防部关键信息保护”，强调“防止军用芯片遭逆
向工程破解”M。为此，美军大力研发集成电路反逆
向工程技术，国防部专门成立了防篡改项目办公室。
2009年以来，空军海军先后实施了“可信商用现
货”、“重要系统部分防篡改保护”和“电子系统保
护”等项目㈣，目前已研制出FPGA自毁技术和物
理不可复制(PUF)技术㈣，该技术已经应用在美
国美高森美公司2012年10月推出的新一代FPGA
和系统级芯片(SoC)中，目的是从根源上防止电子
元器件被逆向复制例。美国赛灵思公司也在2012年
推出了带有防篡改功能的安全性FPGA产品[51-521。
3．5实施技术储备与资金补贴，维护军
用集成电路供应链关键资源
美国借助国内集成电路巨大优势，汇聚人才、技
术、设施等优势资源为军所用，重点建设DMEA，以
“储备技术而非库存”为发展模式131】，通过获取雷
神、英特锡尔、PeregriBe等半导体制造商的关键工艺
IP授权，利用首创的“柔性代工厂”，为美军装备建
设生产所需的全部集成电路产品，尤其是已停产芯
片。8年前(2004年)，英特尔关闭i960MX处理器
生产线对F一22战斗机项目造成较大影响，而如今
DMEA为F一22重新设计并制造了已停产的功率管
理芯片，保证了其至少十年所需。为应对工艺不断进
步导致军用芯片停产断档加剧的问题，2012年，
DMEA通过从商用生产线采购二手设备和购买IP
的方式，开始建设90纳米生产线【53】。
此外，DARPA从2010年起实施“尖端使用权
项目”(LEAP)[541，由可信使用项目办公室通过资金
补贴方式，促进高校、工业界和国家实验室的军用设
计能享用IBM最先进的制造工艺，降低集成电路制
造业外迁带来的影响。
4启示
美国作为集成电路技术与产业最强大的国家，
军用集成电路供应链尚且存在如此多风险，管控难
万方数据
L————．．．．．_ 产业发展
度如此之大，值得我国高度重视。美国采取的确保
供应链安全的防范与应对措施，尤其是其中体现出
的安全可控发展意识、技术发展路线、军民融合思
想、军工核心能力建设等内容，更值得我们学习和借
鉴。圈
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Leading_Edge—Access—Program一(LEAP)．aspx
作者简介
胡开博，2009年毕业于清华大学自动化系获控制科
学与工程专业工学硕士学位，现工作于工业和信息
化部电子科学技术情报研究所，从事国防科技情报
与软科学研究，以及科技创新、战略咨询研究。

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