Память OTP (One Time Programmable) является энергонезависимой, то есть сохраняет данные после отключения питания. Это особый тип памяти только для чтения, которую можно запрограммировать или записать только один раз. После программирования или записи эту память нельзя перезаписать без специального оборудования и процедур.
Для программирования памяти OTP требуется специальное оборудование, поскольку память необходимо подвергнуть воздействию ультрафиолетового света в течение определенного времени и с определенной интенсивностью или в других аналогичных условиях. Эти условия не могут возникнуть случайно и требуют чрезвычайно специфических условий для программирования памяти.
Это небольшое руководство познакомит читателей с тем, что такое однократно программируемая память (OTP), как она используется, а также приведет несколько примеров того, где вы можете встретить OTP-память в повседневной жизни.
Что такое OTP в SOC-чипах?
В микросхемах SOC OTP (One-Time Programmable) — это тип энергонезависимой памяти, которую можно запрограммировать только один раз. После записи данные становятся постоянными и не могут быть изменены. По сравнению с памятью MTP (Multi-Time Programmable), такой как EEPROM, OTP занимает меньше места и не требует дополнительных этапов производства, что делает ее широко используемой в недорогих микросхемах. OTP часто используется для хранения надежных и часто используемых данных, таких как код загрузки, ключи шифрования и параметры конфигурации для аналоговых устройств.
Для программирования памяти OTP требуется специальное оборудование, поскольку память необходимо подвергнуть воздействию ультрафиолетового излучения в течение точно определенного времени и с определенной интенсивностью или другими аналогичными условиями. Эти условия не могут возникнуть случайно и требуют чрезвычайно специфических условий для программирования памяти.
В отличие от обычной памяти только для чтения, которая программируется только один раз и затем используется для статического хранения, память OTP предназначена для использования в ситуациях, когда данные должны оставаться неизменными. Память OTP используется в ситуациях, когда данные могут нанести вред, если их изменить или подделать.
2 Типы памяти OTP
В современных SOC используются два основных типа OTP: eFuse и AntiFuse.
eFuse OTP
eFuse — это тип однократно программируемой памяти, в которую записываются данные до того, как чип покидает завод. Обычно eFuse имеет небольшую емкость хранения внутри чипа.
Термин «предохранитель» относится к микроскопическому предохранителю, встроенному в чип. Разработанный IBM в 2004 году, eFuse использует эффект электромиграции (EM) для достижения постоянного разрушения своей структуры, что делает его инновационной альтернативой старым технологиям программируемой ПЗУ. eFuse не требует новых материалов, инструментов или производственных процессов и может динамически настраивать функциональность чипа для улучшения качества, производительности и энергоэффективности без ручного вмешательства.
Как работает eFuse?
eFuse используется для хранения важных данных, таких как информация о восстановлении памяти, параметры чипа (например, напряжение питания, номер версии и дата изготовления). После изготовления чип тестируется, и соответствующая информация записывается в eFuse.
eFuse позволяет динамически перепрограммировать чип. Обычно логика компьютера жестко запрограммирована в чипе и не может быть изменена после производства. Однако eFuse позволяет изменять функционирование чипа во время работы, что может быть использовано для улучшения его производительности.
eFuse может быть изготовлен из кремния или металла и работает за счет использования явления электромиграции, при котором электрический ток вызывает движение проводящего материала, что в конечном итоге приводит к разрыву цепи. Этот процесс делает хранение данных eFuse необратимым. Однако этот эффект ограничивает количество раз, которое eFuse может быть прочитан или записан.
Применение eFuse
- Идентификация устройств и серийные номера: eFuse хранит уникальные идентификаторы чипов и серийные номера, обеспечивая уникальность устройств для отслеживания и распознавания.
- Защита авторских прав: eFuse хранит ключи шифрования для защиты программного обеспечения и документации.
- Повышенная безопасность: eFuse используется для хранения конфиденциальных данных, таких как ключи шифрования и пароли, повышая безопасность чипа и защищая его от атак.
AntiFuse OTP
AntiFuse состоит из двух транзисторов: одного для программирования и другого для чтения или выбора. По мере уменьшения геометрии процесса плотность AntiFuse увеличивается, что позволяет увеличить емкость хранения.
Применение AntiFuse
- Производственная линия: AntiFuse OTP может хранить серийные номера продуктов, даты производства и другую информацию для отслеживания, помогая производителям отслеживать производство, качество и происхождение продуктов.
- Загрузочный код: AntiFuse может безопасно хранить загрузочный код, предотвращая его подделку или компрометацию.
- Ключи шифрования: AntiFuse используется для безопасного хранения ключей шифрования, повышая безопасность устройств.
eFuse против AntiFuse
Основные различия между eFuse и Antifuse заключаются в энергопотреблении, безопасности и механизме программирования:
Потребляемая мощность:
AntiFuse потребляет меньше энергии в непрограммированном состоянии. eFuse обычно имеет сопротивление 50-100 Ом в непрограммированном состоянии, тогда как в программированном состоянии сопротивление выше (от 10 кОм до 100 кОм). AntiFuse, однако, имеет более высокое сопротивление в непрограммированном состоянии и более низкое сопротивление в программированном состоянии. В результате eFuse обычно потребляет больше статической энергии, чем AntiFuse.
Безопасность:
AntiFuse обеспечивает более высокий уровень безопасности, чем eFuse. В отличие от eFuse, который можно проверить под микроскопом для обнаружения запрограммированных и незапрограммированных состояний, AntiFuse является безопасным, поскольку практически невозможно отличить запрограммированные биты от незапрограммированных даже под микроскопом или с помощью методов сфокусированного ионного пучка (FIB).
Механизм программирования:
- eFuse программируется с помощью тока высокой плотности, который вызывает электромиграцию, разрушающую металл или поликремний, создавая постоянное разъединение.
- AntiFuse программируется путем подачи высокого напряжения на оксид затвора транзистора, что вызывает лавинный пробой, который постоянно замыкает затвор и исток/сток.
eFuse можно запрограммировать только один раз, в то время как AntiFuse обычно можно перепрограммировать до 18 раз, что повышает производительность при изготовлении.
Как используется однократно программируемая память?
Память OTP используется в различных электронных системах и устройствах для хранения важной информации, которая не должна изменяться. Одно из наиболее распространенных применений памяти OTP — компьютерные системы, в которых память OTP используется для хранения кода BIOS (базовой системы ввода-вывода). Это код, который запускает систему и управляет аппаратным обеспечением. Большинство компьютерных систем используют память OTP для хранения кода BIOS, поскольку он должен быть неизменяемым и не подверженным изменениям или взлому. Если кто-то смог бы изменить код в BIOS, он мог бы потенциально получить контроль над компьютером и даже повредить его. Память OTP также широко используется в других компьютерных системах, включая системы обработки данных, системы связи и промышленные системы управления.
Применение памяти OTP
- Память OTP широко используется в промышленных условиях для таких целей, как управление машинами и системами, используемыми в производстве.
- Она также широко используется в медицинском оборудовании и системах для обеспечения защиты данных от несанкционированного доступа и изменения.
- Память OTP также широко используется в повседневных устройствах, таких как смартфоны, планшеты и ноутбуки.
- Память OTP часто используется для хранения ключа WiFi или беспроводной сети устройства. Иногда его называют паролем или кодом доступа WiFi. Это код, который используется для подключения устройства к беспроводной сети.
- Память OTP также широко используется в других устройствах, таких как умные часы, медицинские устройства и датчики, для хранения важной информации, такой как история болезни и информация о пациенте.
Преимущества памяти OTP
Память OTP — это надежный и устойчивый тип памяти, который отличается высокой надежностью и защитой от несанкционированного доступа. Этот тип памяти может использоваться в широком спектре различных приложений и систем. Он чрезвычайно полезен в ситуациях, когда данные должны быть неизменяемыми. Память OTP обычно используется в компьютерных системах для хранения кода BIOS и другой важной информации. Она также может использоваться в других системах, таких как медицинские устройства и датчики. Существует много различных типов памяти OTP, и конкретный тип зависит от системы, в которой она используется.
Ограничения памяти OTP
Одним из основных ограничений памяти OTP является то, что ее можно программировать только в очень специфических условиях. Для программирования памяти ее необходимо подвергнуть воздействию ультрафиолетового света в течение определенного времени и с определенной интенсивностью или в других аналогичных условиях. Эти условия не могут возникнуть случайно и требуют чрезвычайно специфических условий для программирования памяти. Память OTP чрезвычайно полезна во многих различных системах и устройствах. Однако ее нельзя перепрограммировать, поэтому любые необходимые изменения должны выполняться с помощью нового устройства. После однократной программирования память не может быть перепрограммирована повторно.
Заключение
Память OTP — это надежный и устойчивый тип памяти, который отличается высокой надежностью и защитой от несанкционированного доступа. Этот тип памяти может использоваться в широком спектре различных приложений и систем. Он чрезвычайно полезен в ситуациях, когда данные должны быть неизменными.
Память OTP обычно используется в компьютерных системах для хранения кода BIOS и другой важной информации. Она также может использоваться в других системах, таких как медицинские устройства и датчики.
Существует много различных типов памяти OTP, и конкретный тип зависит от системы, в которой она используется.
