未來幾年，數百億的工業物聯網 （IIoT） 設備將相互連接，并產生從傳感器和應用程序收集的大量數據。IIoT 數據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據完整性更快地響應。

IIoT 邊緣計算面臨的一個主要挑戰是這些系統將不可避免地遇到的惡劣環境，特別是高溫環境。不幸的是，存在一個普遍的誤解，即通過簡單地使用現成的工業級 NAND 組件，服務于 IIoT 設備的存儲系統將能夠在經常極端的溫度下可靠地運行，這足以保證任務的可靠性——關鍵系統。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，光刻節點縮小或“裸片縮小”往往會增加缺陷裸片的數量，從而導致 NAND 閃存模塊和 IC 的質量不穩定。每個存儲單元存儲的電子減少會導致誤碼數量增加，從而降低數據保留和耐用性。

極端溫度會進一步加劇 NAND 閃存的劣化，并導致模塊和 IC 中的電子動量發生變化，從而導致數據保留問題甚至數據丟失。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象。在編程/擦除 （P/E） 循環期間，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），從而產生位翻轉和保持失敗。

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，盡管數據保留得到改善。

防止 NAND 閃存設備發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、數據保留和 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 內存的不同 ECC 級別，以確定針對某些環境因素所需的足夠量的 ECC。

對于產品級測試，可以通過在 -40 oC 到 +85 oC 溫度下對讀/寫質量保證的老化測試應用相同的 RDT 流程，并逐塊評估整個驅動器，包括固件、用戶區域和其他內存空間。經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品可靠性和長期產品生命周期要求。

結論

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境中的任務？

審核編輯：郭婷