eFuse 和 OTP 的区别

OTP(一次性可编程)和eFuse都是非易失性存储器,用于存储关键信息如TRIM值和RootKey。OTP在物理上初始为断路,编程后形成通路,而eFuse相反。OTP在安全性和成本上优于eFuse,因为其编程状态在显微镜下不可见,且通常由第三方IP供应商收费提供。然而,eFuse在Foundry厂中可能免费或成本较低,但占用更多芯片面积。

eFuse是熔丝性的一种器件,而OTP是反熔丝的一种器件。就是说,当OTP存储单元未击穿时,它的逻辑状态为0;当击穿时,它的逻辑状态为1。

它的物理状态和逻辑状态正好和eFuse是反着的。简单来讲,就是初始它物理上是断路,没有电流通路的;而烧写后,它才变成了通路,有一个电流通路。

                                                                OTP真值表

 

OTP的应用场景和eFuse基本上一致,都用来存储TRIM值或者Root Key或者特定ID等关键信息。

但是有两点需要说明:

1、从成本上讲,eFuse器件基本上是各个Foundry厂自己提供,因此通常意味着免费或者很少的费用,而OTP器件则通常是第三方IP厂家提供,这就要收费。

2、从器件面积上讲,eFuse的cell的面积更大,所以仅仅有小容量的器件可以考虑。当然如果需要大容量的,也可以多个eFuse Macro拼接,但是这意味着芯片面积的增加,成本也会增加;OTP的cell面积很小,所有相对来讲,可以提供更大容

### 原理 - **OTP(One-Time Programmable)**:一般是基于熔丝(fuse)或反熔丝(anti-fuse)技术。熔丝型OTP通过电流使金属连线熔断来存储数据,熔断后状态不可恢复;反熔丝型OTP则是通过高电压使绝缘层击穿形成导电通路来存储数据,同样是一次性编程。 - **efuse**:通过使用I/O电压,向金属条或多晶硅条施加高密度电流来编程。eFuse中的低电阻金属由于高密度电流通过窄金属或多晶硅而被电迁移熔断,熔断部分始终位于eFuse中间的窄区域 [^2]。 - **antifuse**:在薄栅氧上施加高电压,通过雪崩击穿使晶体管的栅极源极短路来编程 [^2]。 - **浮栅**:基于浮栅晶体管,浮栅位于晶体管的栅极沟道之间,被绝缘层包围。通过向浮栅注入或移除电子来改变晶体管的阈值电压,从而存储数据。注入电子时,晶体管阈值电压升高;移除电子时,阈值电压降低。 ### 应用 - **OTP**:常用于存储一次性配置信息,如芯片的序列号、校准数据、加密密钥等。由于其一次性编程特性,能保证数据的安全性完整性。 - **efuse**:在芯片设计中可用于存储芯片的配置参数、熔断冗余电路等。其不可逆性可用于芯片的版本控制安全保护 [^1]。 - **antifuse**:适用于现代SoC(片上系统),满足对安全、可靠可扩展性的需求。可用于存储关键的配置信息安全密钥等 [^3]。 - **浮栅**:广泛应用于闪存存储器(如NAND闪存、NOR闪存)中,用于数据的存储。还可用于EEPROM(电可擦除可编程只读存储器),实现数据的多次擦除写入。 ### 区别 - **数据存储可逆性**:OTPefuse的数据存储是不可逆的,一旦编程完成,数据不能被修改;antifuse在某些情况下也可视为不可逆,但部分实现中可能有一定的特殊处理;浮栅技术的数据存储是可逆的,可以多次擦除写入数据。 - **存储容量**:efuse内存容量通常较小,一般在512位以下;antifuse可实现较大的存储容量,通常在数MB以上;OTP的存储容量因具体类型而异;浮栅技术在闪存应用中可实现较大规模的存储,如常见的大容量闪存芯片。 - **编程方式**:OTP基于熔丝熔断或反熔丝击穿;efuse通过高电流使金属或多晶硅熔断;antifuse通过高电压使栅氧击穿;浮栅通过电子的注入移除来改变阈值电压。 ```python # 这里简单模拟一个浮栅存储数据的概念 # 假设 0 代表浮栅未注入电子,1 代表浮栅注入电子 class FloatingGate: def __init__(self): self.state = 0 def write_1(self): self.state = 1 def write_0(self): self.state = 0 def read(self): return self.state # 创建一个浮栅实例 fg = FloatingGate() print(fg.read()) # 输出初始状态 0 fg.write_1() print(fg.read()) # 输出写入 1 后的状态 1 ```
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