Exploration of security threats in In-Memory Computing Paradigms

Exploration des menaces de sécurité dans les paradigmes de calcul en mémoire Le calcul en mémoire est un concept révolutionnaire qui consiste à effectuer des calculs directement dans la mémoire elle-même, éliminant ainsi la nécessité de transférer des données entre la mémoire et l'unité centrale. Cette approche s'écarte de l'architecture Von Neumann traditionnelle et vise à en surmonter les limites et les goulets d'étranglement, pour finalement favoriser le progrès technologique.Diverses solutions de calcul en mémoire exploitent les technologies de mémoire existantes, en capitalisant sur les attributs physiques, l'organisation, les composants périphériques et la logique de contrôle de la mémoire. Ces paradigmes permettent d'effectuer des opérations logiques et arithmétiques au sein de la mémoire, ce qui réduit considérablement la latence et la consommation d'énergie en éliminant les transferts de données vers l'unité centrale de traitement. En outre, ils ouvrent la voie à un parallélisme accru grâce à des réseaux denses d'éléments de mémoire qui prennent en charge le calcul.La thèse explore le potentiel des mémoires à base de memristors pour redéfinir l'intégration de la logique et de la mémoire. La recherche plonge dans différentes implémentations de Logique en Mémoire (LIM), analysant leurs avantages et leurs inconvénients, en mettant particulièrement l'accent sur les aspects de sécurité.L'objectif principal est de synthétiser efficacement une gamme d'opérations booléennes. Parallèlement, la thèse introduit un environnement de simulation et d'analyse pour permettre les simulations parallèles et le design exploration. Le travail de recherche compare diverses technologies LIM en termes de besoins en ressources mémoire et du nombre d'opérations nécessaires pour mettre en œuvre des fonctions booléennes fondamentales. Ces résultats préliminaires mettent en lumière le potentiel des technologies LIM à base de memristors, tout en soulignant l'importance du respect des caractéristiques électriques et des temps d'opération.Pour mieux comprendre les solutions LIM, nous avons développé une boîte à outils permettant d'analyser facilement le comportement électrique, de générer des entrées de netlist, d'exécuter des simulations Cadence et de recueillir des données de simulation. Grâce à cet outil automatisé, nous avons révélé certaines faiblesses de certaines solutions, en particulier en ce qui concerne les écarts de résistance des memristors par rapport aux valeurs idéales.La recherche a donc exploré les opérations dans des conditions non idéales, en mettant l'accent sur le rôle de la valeur de la résistance initiale du memristor dans la détermination des plages d'opération correctes. Elle met en évidence le risque d'obtenir des résultats incorrects lors de l'enchainement d'opérations, en particulier à partir de valeurs initiaux non idéaux des memristors, ce qui incite à envisager des cycles de rafraîchissement pour la stabilité des opérations.Finalement, la thèse a exploré les propriétés de sécurité de ces solutions LIM, en examinant les analyses des canaux auxiliaires et des attaques en fautes. L'étude a révélé plusieurs vulnérabilités, principalement dues à la grande différence de résistance entre les états de faible résistance (LRS) et les états de haute résistance (HRS), ainsi qu'au manque de robustesse lorsque les opérations sont effectuées dans des conditions non idéales.En résumé, la recherche explore les possibilités de la technologie LIM à base de memristors, en offrant des perspectives sur leur potentiel, tout en montrant également leurs limites et leurs vulnérabilités.