为什么可靠的NAND闪存对工业物联网至关重要

未来几年，数百亿的工业物联网 （IIoT） 设备将相互连接，并产生从传感器和应用程序收集的大量数据。IIoT 数据的很大一部分最终将在边缘存储、处理甚至分析，这要求那里的存储设备能够以高数据完整性更快地响应。

IIoT 边缘计算面临的一个主要挑战是这些系统将不可避免地遇到的恶劣环境，特别是高温环境。不幸的是，存在一个普遍的误解，即通过简单地使用现成的工业级 NAND 组件，服务于 IIoT 设备的存储系统将能够在经常极端的温度下可靠地运行，这足以保证任务的可靠性——关键系统。在实践中，采用这种方法可能会导致 NAND 闪存中的设备性能和容错水平不可接受，下文将对此进行解释。

NAND 特性、裸片收缩和极端温度的影响

在制造过程中，光刻节点缩小或“裸片缩小”往往会增加缺陷裸片的数量，从而导致 NAND 闪存模块和 IC 的质量不稳定。每个存储单元存储的电子减少会导致误码数量增加，从而降低数据保留和耐用性。

极端温度会进一步加剧 NAND 闪存的劣化，并导致模块和 IC 中的电子动量发生变化，从而导致数据保留问题甚至数据丢失。例如，原始误码率 （RBER） 和早期寿命故障率 （ELFR） 是由存储单元的隧道氧化层中的电子泄漏或保留问题引起的两种现象。在编程/擦除 （P/E） 循环期间，高温可加速电子进出单元栅并使 P/E 更容易，但同时，在隧道氧化层处会形成电荷陷阱（俘获电子）增加。随着时间的推移，这些电荷的释放会导致阈值电压偏移 （Vt），从而产生位翻转和保持失败。

在低温下的另一个极端情况下，单元栅极最终可能带有较低的电荷，并且增加的隧道氧化物退化可能导致潜在的介电泄漏，尽管数据保留得到改善。

防止 NAND 闪存设备发生此类事件的唯一方法是通过严格的可靠性测试程序。

提高可靠性的 IC 级测试和产品级可靠性演示测试

NAND 闪存 IC 测试可用于验证纠错码 （ECC） 和温度如何影响 P/E 耐用性、数据保留和 NAND 闪存设备的使用寿命。例如，可以在可靠性演示测试 （RDT） 中跨温度范围测试每 1 KB 内存的不同 ECC 级别，以确定针对某些环境因素所需的足够量的 ECC。

对于产品级测试，可以通过在 -40 ºC 到 +85 ºC 温度下对读/写质量保证的老化测试应用相同的 RDT 流程，并逐块评估整个驱动器，包括固件、用户区域和其他内存空间。经过验证的弱块可以被过滤掉并替换为备用块，以增强 NAND 设备在其整个生命周期中的整体耐用性，进一步的验证测试可以验证跨 SATA 接口的信号完整性。

ATP 的 ITemp MLC NAND 闪存解决方案已采用此类验证，以支持在恶劣温度下的高产品可靠性和长期产品生命周期要求。

结论

要达到 IIoT 应用所需的可靠性，对 NAND IC 组件的一般测试方法是不够的。针对高/低温的高级 RDT 可以提高可靠性、延长产品寿命并降低总拥有成本。您的存储解决方案能否胜任恶劣环境中的任务？

审核编辑：郭婷