《Unifrost: A Sparsity-Aware FHE Compiler for Privacy-Preserving Neural Networks》
该论文第一作者为实验室集成电路课题组博士生张晋恺，通讯作者为杨英豪特别研究助理，合作作者包括路航研究员、李晓维研究员等。针对卷积神经网络（CNN）全同态加密（FHE）推理中密文空间利用不足、计算开销高的问题，研究团队提出了稀疏感知编译器 Unifrost。在 CNN 密态推理中，带步长操作在特征图内引入的空洞（bubbles），以及特征图大小与密文容量不匹配所产生的填充空白（pads），会降低密文利用率并增加推理开销。现有方法采用固定的空洞利用模式，难以同时兼顾卷积层的低计算复杂度与其他层的低密文数量，并且忽视了填充空白的优化及稀疏管理与自举（Bootstrapping）操作之间的相互影响。为此，Unifrost 从密文布局表示、稀疏管理和自举协同调度三个层面开展优化：通过多密文多矩阵布局（MCMM）统一描述特征图在密文中的分布；设计 Dup 和 Partition 两类编译器中间表示算子，分别实现按层自适应的空洞利用模式切换和填充空白消减；利用基于分治与动态规划的计算模式管理（CPM），联合决定各层密文布局、层级与自举插入位置，协调稀疏管理引入的乘法深度消耗与后续计算开销。Unifrost 基于 MLIR 实现，可从 ONNX 模型自动生成 FHE 推理程序。在 ImageNet 上六种 CNN 的评估中，相比Orion、MPCB等先进FHE编译器，Unifrost 获得最高 1.6 倍、平均 1.4 倍的端到端推理加速。该工作将密文稀疏性管理与自举插入纳入统一的编译优化空间，提供了高效的FHE编译器设计新思路。
Unifrost 编译器架构与密文稀疏性管理机制
《Morpheus: The Efficient Acceleration Architecture for Modular Homomorphic Encryption》
该论文第一作者为实验室集成电路课题组博士生刘福尧，通讯作者为杨英豪特别研究助理，合作作者包括叶靖副研究员、王卅副研究员、路航研究员、李华伟研究员、李晓维研究员等。针对新兴模格同态加密（Modular Homomorphic Encryption，ModHE）在引入可调rank维度后，传统全同态加密（FHE）加速器难以适应动态参数变化、充分利用rank级并行性的问题，研究团队提出了面向ModHE 的高效加速架构Morpheus。ModHE通过灵活调整模块rank，在传统RLWE与LWE类方案之间提供了更加统一的密码计算形式，但额外的 rank 维度也显著增加了计算复杂度，并使不同阶段的计算并行度随rank动态变化，导致现有固定架构出现流水线空闲和硬件资源利用率下降。为解决上述问题，Morpheus采用可重构计算单元和动态资源均衡机制：通过可重构脉动阵列高效支持密文乘法、密钥切换和基转换等核心操作，并利用基于置换分解的NTT架构灵活适配不同多项式规模和rank并行度；同时设计动态均衡单元（Dynamic Balance Unit，DBU），根据不同计算阶段和rank变化动态重新分配计算资源，减少计算单元之间的延迟失配和流水线空泡，从而持续保持较高的硬件利用率。实验结果表明，Morpheus 相比FHE 加速器CraterLake和Trinity最高可实现6×的性能提升，同时在能效方面最高实现46×的EDP和57×的 EDAP提升，为新兴FHE方案提供了高效加速架构构支撑。
Morpheus 整体架构与动态资源均衡机制
CHES
CHES（Cryptographic Hardware and Embedded Systems）会议于1999年创办，是国际密码学研究协会（International Association for Cryptologic Research，IACR）旗下重要国际学术会议，是密码芯片与硬件安全领域公认的最高水平国际会议，会议论文代表了学术界与产业界在密码芯片与硬件安全领域的最高研究水准。IACR 官方将 CHES 定位为密码硬件与软件实现研究的 “premier venue”。作为 IACR 的重要 Area Conference，CHES不仅汇聚全球密码学、计算机体系结构、集成电路与安全工程等领域的顶尖科研力量，同时与产业界也保持紧密联系，长期吸引华为、纽创信安、谷歌等知名信息安全及密码技术企业参与和赞助。第 29 届 CHES 会议将于 2027 年 9 月 6 日至 9 日在墨西哥坎昆举行，录用率仅约 24.8%。
2021~2026年在CHES上发表论文的中国大陆科研机构
这是计算所首次在国际密码硬件与嵌入式安全领域顶级学术会议 CHES上发表论文，标志着计算所在密码工程、密态计算及安全计算体系结构方向的研究成果获得国际密码学界高水平学术平台的认可。
处理器芯片全国重点实验室依托中国科学院计算技术研究所，是中国科学院批准正式启动建设的首批重点实验室之一，并被科技部遴选为首批 20个标杆全国重点实验室，2022年5月开始建设。实验室学术委员会主任为陈左宁院士，副主任为孙凝晖院士，实验室主任为陈云霁研究员。实验室近年来获得了处理器芯片领域首个国家自然科学奖等6项国家级科技奖励；在处理器芯片领域国际顶级会议发表论文的数量长期列居中国第一；在国际上成功开创了深度学习处理器等热门研究方向；直接或间接孵化了总市值数千亿元的国产处理器产业头部企业。
