未來(lái)幾年，數(shù)百億的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) （IIoT） 設(shè)備將相互連接，并產(chǎn)生從傳感器和應(yīng)用程序收集的大量數(shù)據(jù)。IIoT 數(shù)據(jù)的很大一部分最終將在邊緣存儲(chǔ)、處理甚至分析，這要求那里的存儲(chǔ)設(shè)備能夠以高數(shù)據(jù)完整性更快地響應(yīng)。

IIoT 邊緣計(jì)算面臨的一個(gè)主要挑戰(zhàn)是這些系統(tǒng)將不可避免地遇到的惡劣環(huán)境，特別是高溫環(huán)境。不幸的是，存在一個(gè)普遍的誤解，即通過(guò)簡(jiǎn)單地使用現(xiàn)成的工業(yè)級(jí) NAND 組件，服務(wù)于 IIoT 設(shè)備的存儲(chǔ)系統(tǒng)將能夠在經(jīng)常極端的溫度下可靠地運(yùn)行，這足以保證任務(wù)的可靠性——關(guān)鍵系統(tǒng)。在實(shí)踐中，采用這種方法可能會(huì)導(dǎo)致 NAND 閃存中的設(shè)備性能和容錯(cuò)水平不可接受，下文將對(duì)此進(jìn)行解釋。

NAND 特性、裸片收縮和極端溫度的影響

在制造過(guò)程中，光刻節(jié)點(diǎn)縮小或“裸片縮小”往往會(huì)增加缺陷裸片的數(shù)量，從而導(dǎo)致 NAND 閃存模塊和 IC 的質(zhì)量不穩(wěn)定。每個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)的電子減少會(huì)導(dǎo)致誤碼數(shù)量增加，從而降低數(shù)據(jù)保留和耐用性。

極端溫度會(huì)進(jìn)一步加劇 NAND 閃存的劣化，并導(dǎo)致模塊和 IC 中的電子動(dòng)量發(fā)生變化，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)保留問(wèn)題甚至數(shù)據(jù)丟失。例如，原始誤碼率 （RBER） 和早期壽命故障率 （ELFR） 是由存儲(chǔ)單元的隧道氧化層中的電子泄漏或保留問(wèn)題引起的兩種現(xiàn)象。在編程/擦除 （P/E） 循環(huán)期間，高溫可加速電子進(jìn)出單元柵并使 P/E 更容易，但同時(shí)，在隧道氧化層處會(huì)形成電荷陷阱（俘獲電子）增加。隨著時(shí)間的推移，這些電荷的釋放會(huì)導(dǎo)致閾值電壓偏移 （Vt），從而產(chǎn)生位翻轉(zhuǎn)和保持失敗。

在低溫下的另一個(gè)極端情況下，單元柵極最終可能帶有較低的電荷，并且增加的隧道氧化物退化可能導(dǎo)致潛在的介電泄漏，盡管數(shù)據(jù)保留得到改善。

防止 NAND 閃存設(shè)備發(fā)生此類事件的唯一方法是通過(guò)嚴(yán)格的可靠性測(cè)試程序。

提高可靠性的 IC 級(jí)測(cè)試和產(chǎn)品級(jí)可靠性演示測(cè)試

NAND 閃存 IC 測(cè)試可用于驗(yàn)證糾錯(cuò)碼 （ECC） 和溫度如何影響 P/E 耐用性、數(shù)據(jù)保留和 NAND 閃存設(shè)備的使用壽命。例如，可以在可靠性演示測(cè)試 （RDT） 中跨溫度范圍測(cè)試每 1 KB 內(nèi)存的不同 ECC 級(jí)別，以確定針對(duì)某些環(huán)境因素所需的足夠量的 ECC。

對(duì)于產(chǎn)品級(jí)測(cè)試，可以通過(guò)在 -40 oC 到 +85 oC 溫度下對(duì)讀/寫(xiě)質(zhì)量保證的老化測(cè)試應(yīng)用相同的 RDT 流程，并逐塊評(píng)估整個(gè)驅(qū)動(dòng)器，包括固件、用戶區(qū)域和其他內(nèi)存空間。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的弱塊可以被過(guò)濾掉并替換為備用塊，以增強(qiáng) NAND 設(shè)備在其整個(gè)生命周期中的整體耐用性，進(jìn)一步的驗(yàn)證測(cè)試可以驗(yàn)證跨 SATA 接口的信號(hào)完整性。

ATP 的 ITemp MLC NAND 閃存解決方案已采用此類驗(yàn)證，以支持在惡劣溫度下的高產(chǎn)品可靠性和長(zhǎng)期產(chǎn)品生命周期要求。

結(jié)論

要達(dá)到 IIoT 應(yīng)用所需的可靠性，對(duì) NAND IC 組件的一般測(cè)試方法是不夠的。針對(duì)高/低溫的高級(jí) RDT 可以提高可靠性、延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命并降低總擁有成本。您的存儲(chǔ)解決方案能否勝任惡劣環(huán)境中的任務(wù)？

審核編輯：郭婷