未來幾年，數(shù)百億的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) （IIoT） 設備將相互連接，并產(chǎn)生從傳感器和應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、處理甚至分析，這要求那里的存儲設備能夠以高數(shù)據(jù)完整性更快地響應。

IIoT 邊緣計算面臨的一個主要挑戰(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，存在一個普遍的誤解，即通過簡單地使用現(xiàn)成的工業(yè)級 NAND 組件，服務于 IIoT 設備的存儲系統(tǒng)將能夠在經(jīng)常極端的溫度下可靠地運行，這足以保證任務的可靠性——關(guān)鍵系統(tǒng)。在實踐中，采用這種方法可能會導致 NAND 閃存中的設備性能和容錯水平不可接受，下文將對此進行解釋。

NAND 特性、裸片收縮和極端溫度的影響

在制造過程中，光刻節(jié)點縮小或“裸片縮小”往往會增加缺陷裸片的數(shù)量，從而導致 NAND 閃存模塊和 IC 的質(zhì)量不穩(wěn)定。每個存儲單元存儲的電子減少會導致誤碼數(shù)量增加，從而降低數(shù)據(jù)保留和耐用性。

極端溫度會進一步加劇 NAND 閃存的劣化，并導致模塊和 IC 中的電子動量發(fā)生變化，從而導致數(shù)據(jù)保留問題甚至數(shù)據(jù)丟失。例如，原始誤碼率 （RBER） 和早期壽命故障率 （ELFR） 是由存儲單元的隧道氧化層中的電子泄漏或保留問題引起的兩種現(xiàn)象。在編程/擦除 （P/E） 循環(huán)期間，高溫可加速電子進出單元柵并使 P/E 更容易，但同時，在隧道氧化層處會形成電荷陷阱（俘獲電子）增加。隨著時間的推移，這些電荷的釋放會導致閾值電壓偏移 （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 閃存設備發(fā)生此類事件的唯一方法是通過嚴格的可靠性測試程序。

提高可靠性的 IC 級測試和產(chǎn)品級可靠性演示測試

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

對于產(chǎn)品級測試，可以通過在 -40 oC 到 +85 oC 溫度下對讀/寫質(zhì)量保證的老化測試應用相同的 RDT 流程，并逐塊評估整個驅(qū)動器，包括固件、用戶區(qū)域和其他內(nèi)存空間。經(jīng)過驗證的弱塊可以被過濾掉并替換為備用塊，以增強 NAND 設備在其整個生命周期中的整體耐用性，進一步的驗證測試可以驗證跨 SATA 接口的信號完整性。

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

結(jié)論

要達到 IIoT 應用所需的可靠性，對 NAND IC 組件的一般測試方法是不夠的。針對高/低溫的高級 RDT 可以提高可靠性、延長產(chǎn)品壽命并降低總擁有成本。您的存儲解決方案能否勝任惡劣環(huán)境中的任務？

審核編輯：郭婷