La memoria Programmabile una sola volta (OTP) è non volatile, il che significa che conserva i suoi dati quando viene spenta. È un tipo speciale di memoria di sola lettura che può essere programmata o scritta solo una volta. Una volta che questa memoria è stata programmata o scritta, non può essere riscritta senza attrezzature e procedure speciali.
La programmazione della memoria OTP richiede attrezzature specializzate perché la memoria deve essere esposta alla luce ultravioletta per un periodo di tempo e un’intensità precisi o ad altre condizioni simili. Queste condizioni non possono verificarsi normalmente per caso e richiedono condizioni estremamente specifiche per programmare la memoria.
Questa breve guida introdurrà i lettori a cos’è la memoria Programmabile una sola volta (OTP), come viene utilizzata e alcuni esempi di dove potresti trovare la memoria OTP nella tua vita quotidiana.
Cos'è OTP nei chip SOC?
Nei chip SOC, OTP (One-Time Programmable) è un tipo di memoria non volatile che può essere programmata solo una volta. Una volta scritta, i dati sono permanenti e non possono essere modificati. Rispetto alle memorie MTP (Multi-Time Programmable), come EEPROM, OTP ha un’impronta più piccola e non richiede passaggi di produzione aggiuntivi, rendendola ampiamente utilizzata in chip a basso costo. OTP viene spesso utilizzato per archiviare dati affidabili e frequentemente accessibili come il codice di avvio, le chiavi di crittografia e i parametri di configurazione per i dispositivi analogici.
La programmazione della memoria OTP richiede attrezzature specializzate perché la memoria deve essere esposta alla luce ultravioletta per un periodo di tempo e un’intensità precisi o ad altre condizioni simili. Queste condizioni non possono verificarsi normalmente per caso e richiedono condizioni estremamente specifiche per programmare la memoria.
A differenza della normale memoria di sola lettura che viene programmata solo una volta e viene quindi utilizzata per l’archiviazione statica, la memoria OTP è destinata all’uso in situazioni in cui i dati devono rimanere immutabili. La memoria OTP viene utilizzata in situazioni in cui i dati potrebbero essere dannosi se potessero essere modificati o manomessi.
2 tipi di memorie OTP
Nei SOC moderni, ci sono due tipi principali di OTP utilizzati: eFuse e AntiFuse.
OTP eFuse
eFuse è un tipo di memoria programmabile una sola volta che viene scritta con i dati prima che il chip lasci la fabbrica. In genere, eFuse ha una piccola capacità di archiviazione all’interno del chip.
Il termine “fuse” si riferisce a un microscopico fusibile integrato nel chip. Sviluppato da IBM nel 2004, eFuse utilizza l’effetto di elettromigrazione (EM) per ottenere una rottura permanente nella sua struttura, rendendolo un’alternativa innovativa alle più vecchie tecnologie ROM programmabili. eFuse non richiede nuovi materiali, strumenti o processi di produzione e può regolare dinamicamente la funzionalità del chip per migliorare la qualità, le prestazioni e l’efficienza energetica senza intervento manuale.
Come funziona eFuse?
eFuse viene utilizzato per memorizzare dati importanti come le informazioni di riparazione della memoria, i parametri del chip (ad esempio, tensione di alimentazione, numero di versione e data di produzione). Dopo la produzione, il chip viene testato e le informazioni pertinenti vengono scritte nell’eFuse.
eFuse consente la riprogrammazione dinamica del chip. In genere, la logica del computer è cablata nel chip e non può essere modificata dopo la produzione. Tuttavia, eFuse consente modifiche al funzionamento del chip durante il funzionamento, che possono essere utilizzate per migliorarne le prestazioni.
eFuse può essere realizzato in silicio o metallo e funziona sfruttando il fenomeno dell’elettromigrazione, in cui una corrente elettrica fa muovere il materiale conduttore, interrompendo alla fine il circuito. Questo processo rende la memorizzazione dei dati eFuse irreversibile. Tuttavia, l’effetto limita il numero di volte in cui eFuse può essere letto o scritto.
Applicazioni di eFuse
- Identificazione del dispositivo e numeri di serie: eFuse memorizza ID chip e numeri di serie univoci, garantendo l’unicità del dispositivo per il tracciamento e il riconoscimento.
- Protezione del copyright: eFuse memorizza chiavi di crittografia per proteggere software e documentazione.
- Sicurezza avanzata: eFuse viene utilizzato per memorizzare dati sensibili come chiavi di crittografia e password, migliorando la sicurezza del chip e proteggendolo da attacchi.
AntiFuse OTP
AntiFuse è costituito da due transistor: uno per la programmazione e un altro per la lettura o la selezione. Man mano che la geometria del processo si riduce, la densità di AntiFuse aumenta, consentendo capacità di archiviazione più ampie.
Applicazioni di AntiFuse
- Linea di produzione: AntiFuse OTP può memorizzare numeri di serie del prodotto, date di produzione e altre informazioni di tracciamento, aiutando i produttori a tracciare la produzione, la qualità e la genealogia del prodotto.
- Codice di avvio: AntiFuse può memorizzare il codice di avvio in modo sicuro, impedendo che venga manomesso o compromesso.
- Chiavi di crittografia: AntiFuse viene utilizzato per memorizzare in modo sicuro le chiavi di crittografia, migliorando la sicurezza del dispositivo.
eFuse vs. AntiFuse
Le principali differenze tra eFuse e Antifuse sono il consumo di energia, la sicurezza e il meccanismo di programmazione:
Consumo energetico:
AntiFuse consuma meno energia in uno stato non programmato. eFuse ha in genere una resistenza di 50-100 ohm nel suo stato non programmato, mentre lo stato programmato mostra una resistenza più elevata (10 Kohm a 100 Kohm). AntiFuse, tuttavia, ha una resistenza più elevata quando non è programmato e una resistenza inferiore quando è programmato. Di conseguenza, eFuse consuma generalmente più energia statica rispetto ad AntiFuse.
Sicurezza:
AntiFuse offre una maggiore sicurezza rispetto a eFuse. A differenza di eFuse, che può essere ispezionato al microscopio per rilevare gli stati programmato e non programmato, AntiFuse è sicuro perché è praticamente impossibile distinguere i bit programmati da quelli non programmati, anche al microscopio o con tecniche a fascio ionico focalizzato (FIB).
Meccanismo di programmazione:
- eFuse è programmato utilizzando una corrente ad alta densità che causa l’elettromigrazione per interrompere il metallo o il polisilicio, creando una disconnessione permanente.
- AntiFuse è programmato applicando un’alta tensione all’ossido del gate di un transistor, causando un collasso valanga che cortocircuita permanentemente i terminali del gate e del source/drain.
eFuse può essere programmato solo una volta, mentre AntiFuse può essere riprogrammato in genere fino a 18 volte, il che migliora la resa nella produzione.
Come viene utilizzata la memoria One Time Programmable?
La memoria OTP (One-Time Programmable) viene utilizzata in una varietà di diversi sistemi e dispositivi elettronici per memorizzare informazioni importanti che devono essere immutabili. Uno degli usi più comuni della memoria OTP è nei sistemi informatici, dove viene utilizzata per memorizzare il codice BIOS o del Sistema di Input/Output di Base. Questo è il codice che avvia il sistema e controlla l’hardware. La maggior parte dei sistemi informatici utilizza la memoria OTP per memorizzare il codice BIOS perché deve essere immutabile e non può essere alterato o manomesso. Se qualcuno fosse in grado di modificare il codice nel BIOS, potrebbe potenzialmente prendere il controllo del computer e persino danneggiarlo. La memoria OTP è anche comunemente utilizzata in altri sistemi informatici, tra cui sistemi di elaborazione dati, sistemi di comunicazione e sistemi di controllo industriale.
Applicazioni della memoria OTP
- La memoria OTP è comunemente utilizzata in ambienti industriali per cose come il controllo di macchine e sistemi utilizzati per la produzione.
- È anche comunemente utilizzata in apparecchiature e sistemi medici come un modo per garantire che i dati non vengano manomessi e non possano essere modificati.
- La memoria OTP è anche comunemente utilizzata in dispositivi di uso quotidiano come smartphone, tablet e laptop.
- La memoria OTP è spesso utilizzata per memorizzare la chiave WiFi o della rete wireless del dispositivo. Questo a volte è indicato come password o codice di accesso WiFi. Questo è il codice utilizzato per connettere il dispositivo a una rete wireless.
- La memoria OTP è anche comunemente utilizzata in altri dispositivi come smartwatch, dispositivi medici e sensori per memorizzare informazioni importanti come le storie cliniche e le informazioni sui pazienti.
Vantaggi della memoria OTP
La memoria OTP è un tipo di memoria robusto e resiliente che è estremamente affidabile e a prova di manomissione. Questo tipo di memoria può essere utilizzato in un’ampia gamma di diverse applicazioni e sistemi. È estremamente utile in situazioni in cui i dati devono essere immutabili. La memoria OTP è comunemente utilizzata nei sistemi informatici per memorizzare il codice BIOS e altre informazioni importanti. Può essere utilizzato anche in altri sistemi come dispositivi medici e sensori. Esistono molti tipi diversi di memoria OTP disponibili e il tipo specifico utilizzato dipende dal sistema in cui viene utilizzato.
Limitazioni della memoria OTP
Una delle principali limitazioni della memoria OTP è che può essere programmata solo in condizioni molto specifiche. Per programmare la memoria, deve essere esposta alla luce ultravioletta per un periodo di tempo e un’intensità precisi o ad altre condizioni simili. Queste condizioni non sono qualcosa che potrebbe accadere normalmente per caso e richiedono condizioni estremamente specifiche per programmare la memoria. La memoria OTP è estremamente utile in molti sistemi e dispositivi diversi. Tuttavia, non può essere riprogrammata, quindi eventuali modifiche necessarie devono essere apportate con un nuovo dispositivo. Una volta che la memoria è stata programmata una volta, non può essere riprogrammata di nuovo.
Conclusione
La memoria OTP è un tipo di memoria robusto e resiliente che è estremamente affidabile e a prova di manomissione. Questo tipo di memoria può essere utilizzato in un’ampia gamma di diverse applicazioni e sistemi. È estremamente utile in situazioni in cui i dati devono essere immutabili.
La memoria OTP è comunemente utilizzata nei sistemi informatici per memorizzare il codice BIOS e altre informazioni importanti. Può essere utilizzato anche in altri sistemi come dispositivi medici e sensori.
Esistono molti tipi diversi di memoria OTP disponibili e il tipo specifico utilizzato dipende dal sistema in cui viene utilizzato.
