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ELETTRONICA OGGI 497 - OTTOBRE 2021 40 DIGITAL NAND STORAGE mantenere un funzionamento affidabile a temperature continue fino a 85 °C per la qualifica AEC-Q100 di grado 3 e fino a 105 °C per il grado 2. A questo proposito non bisogna dimenticare che i package compatti in cui sono alloggiati i prodotti più recenti, come la famiglia Ferri di Silicon Motion, hanno percorsi termici più limitati rispetto all’alloggiamento di dimensioni decisamente superiori di un tipico SSD utilizzato come supporto per l’elaborazione. Per mantenere un funzionamento affidabile e l’integrità dei dati nei dispositivi di memorizzazione automobilistici, Silicon Motion applica diverse tecnologie proprietarie che attingono alla sua lunga esperienza nel controllo della memoria NAND Flash. La comprensione di queste tecnologie aiuterà il progettista di sistemi automobilistici a valutare i dispositivi di archiviazione basati su NAND Flash avendo la certezza che siano sufficientemente robusti e affidabili per l’uso nei veicoli. Funzionamento della cella NAND Flash a elevate temperature Per capire come la tecnologia possa contrastare l’effetto delle alte temperature sulle celle NAND Flash, è importante esaminare il funzionamento di queste celle. Nella memoria Flash, i bit di dati sono rappresentati dalla carica immagazzinata (elettroni) nelle celle. Quando la tecnologia NAND Flash è stata introdotta per la prima volta sul mercato, gli array di memoria erano costituiti da elementi SLC (Single-Level Cell). Nelle NAND SLC, la cella memorizza un bit di dati: 1 o 0. Con l’avanzare della tecnologia, i produttori di chip NAND Flash hanno risposto alla richiesta di una maggiore densità di memoria sviluppando la tecnologia MLC (Multi-Level Cell), che memorizza due bit per cella, e quindi la tecnologia TLC (Triple-Level Cell), con tre bit per cella (Fig. 1). Ciò significa che il volume della cella per bit è diminuito con ogni nuova generazione di NAND Flash. Anche le dimensioni delle celle NAND si riducono man mano che i processi di fabbricazione dei semiconduttori avanzano dai nodi di processo più datati ai nodi inferiori a 10 nm. Fig. 1 – I produttori di chip NAND Flash hanno sviluppato la tecnologia MLC, che memorizza due bit per cella, quindi la tecnologia TLC, con tre bit per cella L’elevatadensitàdimemoriadegliodiernidispositiviNAND Flash TLC consente a un dispositivo di memorizzazione come FerriSSD di Silicon Motion di mettere a disposizione fino a 480 GB di capacità di archiviazione dati in un package BGA a montaggio superficiale con un ingombro minimo di soli 20 x 16 mm. A causa delle dimensioni ridotte delle celle TLC, esse si usurano più rapidamente delle celle SLC, un fattore che il controller Flash incorporato in un dispositivo di storage deve tenere in considerazione. Ogni ciclo Program/Erase (P/E) degrada leggermente lo strato di ossido nelle celle su cui viene eseguita un’operazione P/E. Le celle TLC più piccole sono caratterizzate da uno strato di ossido più sottile rispetto alle celle SLC più grandi, quindi si degradano più velocemente e supportano in media un minor numero di cicli P/E. Come descritto di seguito, la tecnologia proprietaria NANDXtend risolve questo problema nei dispositivi di storage della serie Ferri. Le celle NAND Flash sono anche soggette a perdite di elettroni nel tempo. Se una carica eccessiva fuoriesce da una cella, i suoi dati non possono più essere letti. La “conservazione dei dati”, il periodo di tempo per il quale i dati possono essere memorizzati in una cella, diminuisce all’aumentaredei cicli P/E. E il caloreaccelera ladispersione di elettroni, quindi anche il periodo di conservazione dei dati diminuisce più velocemente con l’aumentare della temperatura, come mostrato nella figura 2. Questo è quindi il problema per i dispositivi di storage basati su NAND Flash per applicazioni automobilistiche come i sistemi di infotainment: nella parte centrale del cruscotto di un’auto, una ECU di infotainment spesso deve poter funzionare fino a temperature di 85 °C. Ma la perdita di dati non è accettabile nelle applicazioni di infotainment come la mappatura e la navigazione. E lo standard AEC-Q100 impone una percentuale di difetti pari a zero per i test di temperatura fino a 85 °C (per la qualifica Fig. 2–La conservazione dei dati nelle celle FlashNANDdiminuisce drasticamente con l’aumentare della temperatura (Fonte: Silicon Motion)