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NVM, PROM, OTP, eFuse傻傻分不清楚

 Cristianodgssz 2021-10-22

1. 什么是NVM?

NVM: Non-Volatile Memory,非易失性存储器
NVM 的特点是存储的数据不会因为电源关闭而消失,像 Mask ROM、PROM、EPROM、EEPROM、NAND / NOR 闪存 (Flash Memory) 等传统 NVM,以及,目前许多正在研发的新型态存储器,如磁性存储器 (MRAM)、阻变存储器 (RRAM)、相变存储器 (PRAM)、铁电存储器 (FeRAM) 等等都属于 NVM。所以NVM的概念很大。
从可编程次数来看,NVM可以分为3类:

  • MTP: Multiple-Time Programmable,可以多次编程
  • FTP: Few-Time Programmable,可编程的次数有限
  • OTP: One-Time Programmable,只允许编程一次,一旦被编程,数据永久有效

可见,OTP指的是可编程的次数,并不特指某一种存储器。

2. Mask ROM, PROM, EPROM, EEPROM

Mask ROM掩模只读存储器,Mask也称为光罩,所以也称为光罩只读存储器。其通过掩模工艺,一次性制造,其中的代码与数据将永久保存(除非坏掉),不能进行修改。属于不可编程ROM.
PROM(Programmable Read Only Memory)是可编程只读存储器,相对于传统的ROM,其数据不是在制造过程中写入的,而是在制造完成之后通过PROM programmer写入的。PROM 中的每个bit 由熔丝 ( fuse ) 反熔丝 ( antifuse ) 锁定,根据采用的技术不同,可以在晶圆、测试或系统级进行编程。
典型的PROM的所有位都为“ 1”。在编程过程中烧断熔丝位(Burning a fuse bit)会使该位读为“ 0”。存储器在制造后可以通过熔断保险丝(blowing the fuses)进行一次编程,这是不可逆的过程。典型的PROM是“双极性熔丝结构”,如果想改写某些单元,可以给这些单元通以足够大的电流,并维持一定的时间,原先的熔丝(fuse)即可熔断,这样就达到了改写某些位的效果。另外一类经典的PROM是使用“肖特基二极管”的PROM,出厂时,其中的二极管处于反向截止状态,采用大电流的方法将反相电压加在“肖特基二极管”,造成其永久性击穿即可。
EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory)是可擦写可编程只读存储器。它的特点是具有可擦除功能,擦除后即可进行再编程,但是缺点是擦除需要使用紫外线照射一定的时间。
EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)是电可擦除可编程只读存储器。它的最大特点是可直接用电信号擦除,也可用电信号写入

3. OTP NVM

OTP NVM指的是只可一次编程的非易失性存储器。

3.1 eFuse vs. Anti-Fuse

fuse是保险丝·、熔丝的意思,在计算机技术中,eFuse(electric-fuse,电子保险丝)是置于计算机芯片中的微观保险丝。该技术是IBM在2004年发明的,可以对芯片进行动态实时重新编程。概括地说,计算机逻辑通常被“蚀刻”或“硬连线”('etched' or 'hard-wired')到芯片上,在芯片制造完成后不能更改,但使用eFuse,芯片制造商可以在芯片上的电路运行时进行更改。
电子保险丝可以用硅或金属制成,它们都是通过电迁移来工作的,即电流导致导体材料移动的现象。随着时间的流逝,编程期间产生的“熔丝碎屑”会反向生长,导致金属线断开的相同电迁移也会导致金属线无意中再次连接,从而改变原本要存储的数据,导致了错误的行为。这个特性限制了eFuse 的可读次数。
Anti-Fuse(反熔丝)是一种电气装置,其功能与保险丝相反。保险丝从低电阻开始,默认是导通状态,当灌以较大的电流时切断电路。而反熔丝从高电阻开始,默认是不导通状态,当灌以较大的电压时,可将其转换为永久性导电路径。
Anti-fuse 比eFuse 的安全性更好,eFuse的编程位可以通过电子显微镜看到,因此其存储的内容可以被轻易破解,但Anti-fuse在显微镜下无法区分编程位和未编程位,因此无法读取数据。
eFuse默认导通,存储的是'1',而Anti-fuse默认是断开,存储的是'0',因此Anti-Fuse的功耗也较eFuse小,面积也较eFuse小。

4. Summary

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