了解內(nèi)存故障模型

內(nèi)存塊與邏輯需要一組不同的故障模型和測(cè)試技術(shù)。用于檢測(cè)內(nèi)存內(nèi)部故障的 MBIST 算法基于這些故障模型。本文討論了不同類型的內(nèi)存故障模型。

內(nèi)存故障模型——單電池故障

Stuck at (SAFs)：內(nèi)存中的卡住故障是指單元（或讀出放大器或驅(qū)動(dòng)器中的線路）的邏輯值始終為 0 或 1 的故障。

左圖：良好存儲(chǔ)單元的寫(xiě)操作狀態(tài)圖；右圖：sa-0 和 sa-1 存儲(chǔ)單元的狀態(tài)圖 

轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤 (TF)：在轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤中，單元在寫(xiě)入時(shí)無(wú)法進(jìn)行（0 到 1）轉(zhuǎn)換或（1 到 0）轉(zhuǎn)換；向上轉(zhuǎn)換故障表示為<0w1/0/->，向下轉(zhuǎn)換故障表示為<1w0/1/->

轉(zhuǎn)換故障的狀態(tài)圖 

寫(xiě)破壞性故障 (WDF)：存儲(chǔ)單元中的非轉(zhuǎn)換寫(xiě)入操作會(huì)導(dǎo)致單元翻轉(zhuǎn)。有兩種類型的寫(xiě)破壞性故障：

1）狀態(tài)0的存儲(chǔ)單元，在上面寫(xiě)0。單元格變?yōu)?1。表示為 <0w0/1/->

2）狀態(tài)1的存儲(chǔ)單元，在上面寫(xiě)1。單元格變?yōu)?0。表示為 <1w1/0/->

寫(xiě)入破壞性故障的狀態(tài)圖 

讀取破壞性錯(cuò)誤（RDF）：對(duì)單元格執(zhí)行讀取操作導(dǎo)致單元格中的值反轉(zhuǎn)并返回不正確的值。讀破壞性故障分為兩類：

1）狀態(tài)0的存儲(chǔ)單元，讀0就可以了。Cell變?yōu)?。表示為<0r0/1/1>

2）狀態(tài)1的存儲(chǔ)單元，讀1就可以了。Cell變?yōu)?.記為<1r1/0/0>

 
良好存儲(chǔ)單元讀操作狀態(tài)圖

不正確的讀取故障（IRF）：對(duì)單元執(zhí)行讀取操作返回不正確的值，而存儲(chǔ)單元的狀態(tài)沒(méi)有改變。有兩種類型的錯(cuò)誤讀取錯(cuò)誤：

1）狀態(tài)0的存儲(chǔ)單元，讀0就可以了。Cell 保持為 0 但讀取操作返回 1。表示為 <0r0/0/ 1>

2）狀態(tài)1的存儲(chǔ)單元，讀1就可以了。單元格保持為 1 但讀取操作返回 0。表示為 <1r1/1/0 >

不正確讀取故障的狀態(tài)圖 

Deceptive read destructive Faults (DRDFs)：對(duì)單元格進(jìn)行讀操作導(dǎo)致單元格中的值反轉(zhuǎn)并返回正確的值。欺騙讀破壞性故障分為兩類：

1）狀態(tài)0的存儲(chǔ)單元，讀0就可以了。Cell變?yōu)?但讀操作返回0。表示為<0r0/1/0>

2）狀態(tài)1的存儲(chǔ)單元，讀1就可以了。Cell變?yōu)?但讀操作返回1。表示為<1r1/0/1>

欺騙性讀取破壞性故障的狀態(tài)圖

Stuck open Faults (SOF)：在此故障存儲(chǔ)器中無(wú)法訪問(wèn)字。當(dāng)讀出放大器包含鎖存器時(shí)，則在讀取操作期間可以產(chǎn)生先前讀取的值。如果差分放大器充當(dāng)緩沖器，則可以將其建模為卡在故障中。

地址解碼器故障（ADF）：行和列解碼器包括存儲(chǔ)器的地址解碼器。從內(nèi)存測(cè)試的上下文來(lái)看，地址解碼器考慮了四種類型的故障。

AF1：使用特定地址無(wú)法訪問(wèn)任何字

AF2：沒(méi)有可以訪問(wèn)特定字的地址。

AF3：對(duì)于特定地址，可以同時(shí)訪問(wèn)多個(gè)字。

AF4：某個(gè)字可以用多個(gè)地址訪問(wèn)。

內(nèi)存故障模型——兩個(gè)單元故障

Coupling Faults (CF)：耦合故障是由于與其他單元耦合而在單元中發(fā)生故障的故障。

– 可以有指數(shù)數(shù)量的組合，其中一個(gè)單元可以與其他單元耦合。

– 在廣泛使用的耦合故障模型中，假設(shè)任何“兩個(gè)”單元可以耦合在一起，導(dǎo)致這兩個(gè)單元出現(xiàn)不規(guī)則行為；稱為2-cell耦合故障模型。

因此，如果存儲(chǔ)器中 有 n 個(gè)單元，則可能有n C 2  個(gè) 2 單元耦合故障。

左圖：兩個(gè)良好存儲(chǔ)單元之間的寫(xiě)操作狀態(tài)圖；右圖：兩個(gè)良好存儲(chǔ)單元之間的讀取操作狀態(tài)圖 

反轉(zhuǎn)耦合故障 (CFin)：攻擊字中的高位（0 到 1）或低位（1 到 0）轉(zhuǎn)換寫(xiě)入操作會(huì)導(dǎo)致受害字單元中的反轉(zhuǎn)。這些故障永遠(yuǎn)不會(huì)在有故障的存儲(chǔ)單元中觀察到，而只是由于歷史原因而被定義 [1]。因此，它們不包括在鏈接的故障列表中。

1) 上升：< ↑ | >（暗示單元格a中的 0 到 1 變化補(bǔ)充了單元格v 的內(nèi)容）

2) 墜落 : < ↓ | >（暗示單元格a中的 1 到 0 變化補(bǔ)充了單元格v 的內(nèi)容）

逆變耦合故障狀態(tài)圖 

冪等耦合故障 (CFid)：攻擊字單元格中的高位（0 到 1）或低位（1 到 0）轉(zhuǎn)換寫(xiě)操作強(qiáng)制受害字單元格中的特定值（0 或 1）。這些故障是 CFds 故障（稍后解釋）的子集，因?yàn)閷?xiě)入操作會(huì)導(dǎo)致 v 單元格的內(nèi)容從其先前狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。

1) 上升 0: < ↑ | 單元格a中的 0 > 0 到 1 更改會(huì)將單元格v 的內(nèi)容設(shè)置 為 0。

2) 上升 1: < ↑ | 單元格a中的 1 > 0 到 1 更改會(huì)將單元格v 的內(nèi)容設(shè)置 為 1。

3) 下降 0: < ↓ | 單元格a中的 0 > 1 到 0 更改會(huì)將單元格v 的內(nèi)容設(shè)置 為 0。

4) 下降 1: < ↓ | 單元格a中的 1 > 1 到 0 更改將單元格v 的內(nèi)容設(shè)置 為 1。

冪等耦合故障狀態(tài)圖 

靜態(tài)耦合故障 (CFst)：攻擊詞中單元格的給定值 0 或 1 會(huì)強(qiáng)制受害詞單元格中的特定值 0 或 1。          

1）（a單元格中的0設(shè)置單元格v 的內(nèi)容 為0）

2）（a單元格中的0將單元格v 的內(nèi)容設(shè)置 為1）

3）（a單元格中的1將v 單元格的內(nèi)容設(shè)置 為0）

4）（a單元格中的1設(shè)置單元格v 中的內(nèi)容 為1）

靜耦合故障狀態(tài)圖 

干擾單元耦合故障 (CFds)：受害字中的單元由于對(duì)攻擊字的寫(xiě)入或讀取操作而受到干擾（即，進(jìn)行高電平或低電平轉(zhuǎn)換）。

1) < 0r0, ↑ >, 0 對(duì)單元格a 的讀取操作導(dǎo)致單元格v 中的上層（0 到 1）轉(zhuǎn)換。

2) < 0r0, ↓ >, 0 單元格 a 上的讀取操作導(dǎo)致單元格v中的較低 （1 到 0）轉(zhuǎn)換。

3) < 1r1, ↑ >, 1 單元格 a 上的讀取操作導(dǎo)致單元格v 中的上層（0 到 1）轉(zhuǎn)換。

4) < 1r1, ↓ >, 單元格 a 上的 1 次讀取操作導(dǎo)致單元格v中的較低 （1 到 0）轉(zhuǎn)換。

5) < 0w1, ↑ >, (0 to 1) 對(duì)單元格a 的寫(xiě)操作導(dǎo)致單元格v 中的上層（0 到 1）轉(zhuǎn)換。

6) < 0w1, ↓ >, (0 到 1) 對(duì)單元格 a 的寫(xiě)操作導(dǎo)致單元格v 中的較低（1 到 0）轉(zhuǎn)換。

7) < 0w0, ↑ >, (0 to 0) 對(duì)單元格a的寫(xiě)操作導(dǎo)致單元格v 中的上層（0 到 1）轉(zhuǎn)換。

8) < 0w0, ↓ >, (0 到 0) 對(duì)單元格 a 的寫(xiě)操作導(dǎo)致單元格v 中的較低（1 到 0）轉(zhuǎn)換。

9) < 1w0, ↑ >, (1 to 0) 對(duì)單元格a的寫(xiě)操作導(dǎo)致單元格v 中的上層（0 到 1）轉(zhuǎn)換。

10) < 1w0, ↓ >, (1 到 0) 對(duì)單元格a的寫(xiě)操作導(dǎo)致單元格v 中的較低（1 到 0）轉(zhuǎn)換。

11) < 1w1, ↑ >, (1 to 1) 對(duì)單元格a的寫(xiě)操作導(dǎo)致單元格v 中的上層（0 到 1）轉(zhuǎn)換。

12) < 1w1, ↓ >, (1 to 1) 對(duì)單元格 a 的寫(xiě)操作導(dǎo)致單元格v 中的較低（1 到 0）轉(zhuǎn)換。

擾動(dòng)單元耦合故障狀態(tài)圖

轉(zhuǎn)換耦合故障 (CFtr)：如果攻擊字處于給定狀態(tài)，則應(yīng)用于受害字單元的寫(xiě)轉(zhuǎn)換操作不會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換。

 1) (0w1/0/-; 0) 當(dāng)單元格a的內(nèi)容  為0時(shí)，單元格v中的0到1轉(zhuǎn)換寫(xiě)操作 不會(huì)引起轉(zhuǎn)換

2) (0w1/0/-; 1) 當(dāng)單元格a的內(nèi)容為1時(shí)，單元格v中的0到1轉(zhuǎn)換寫(xiě)操作 不會(huì)引起轉(zhuǎn)換 

3) (1w0/1/-; 0) 當(dāng)單元格a的內(nèi)容為0時(shí)，單元格v中的1到0轉(zhuǎn)換寫(xiě)操作 不會(huì)引起轉(zhuǎn)換 

4) (1w0/1/-; 1) 當(dāng)單元格a的內(nèi)容為1時(shí)，單元格v中的1到0轉(zhuǎn)換寫(xiě)操作 不會(huì)引起轉(zhuǎn)換 

過(guò)渡耦合故障狀態(tài)圖 

寫(xiě)入破壞性耦合故障 (CFwd)：如果攻擊者字處于給定狀態(tài)，則應(yīng)用于受害字單元格的非轉(zhuǎn)換寫(xiě)操作會(huì)翻轉(zhuǎn)該單元格。

1) (0w0/1/-; 0) 單元格v中的0到0非轉(zhuǎn)換寫(xiě)操作在 單元格 a的內(nèi)容 為0時(shí)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換

2) (0w0/1/-; 1)當(dāng)單元格 a的內(nèi)容為1時(shí)單元格v中的0到0非轉(zhuǎn)換寫(xiě)操作 導(dǎo)致轉(zhuǎn)換

3) (1w1/0/-; 0)當(dāng)單元格 a的內(nèi)容為0時(shí)，單元格v中的1到1非轉(zhuǎn)換寫(xiě)入操作 導(dǎo)致轉(zhuǎn)換

4) ( 1w1/0/-; 1) cell v中的1 to 1 non-transition write operation  causes transition when cell a content  of 1

寫(xiě)破壞性故障狀態(tài)圖 

讀取破壞性耦合故障 (CFrd)：如果攻擊者字處于給定狀態(tài)，則應(yīng)用于受害字單元格的讀取操作會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換并返回不正確的值。

1) (0r0/1/1; 0) 單元格 v中的0讀操作導(dǎo)致單元格中的轉(zhuǎn)換并在單元格 a的內(nèi)容  為0時(shí)返回不正確的值

2) (0r0/1/1; 1) 單元格 v中的0讀操作導(dǎo)致單元格中的轉(zhuǎn)換并在單元格 a的內(nèi)容  為1時(shí)返回不正確的值

3) (1r1/0/0; 0) 單元格 v中的1個(gè)讀取操作導(dǎo)致單元格中的轉(zhuǎn)換并在單元格 a的內(nèi)容  為0時(shí)返回不正確的值

 4) (1r1/0/0; 1) 當(dāng)單元格a的內(nèi)容  為1時(shí)，單元格v中的1個(gè)讀取操作 導(dǎo)致單元格中的轉(zhuǎn)換并返回不正確的值

read destructive coupling Faults狀態(tài)圖 

不正確的讀取耦合故障 (CFir)：如果攻擊者字處于給定狀態(tài)，則應(yīng)用于受害字的單元格的讀取操作會(huì)返回不正確的值。受害者詞的狀態(tài)沒(méi)有改變。

 1) (0r0/0/1; 0) 0 當(dāng)單元格a的內(nèi)容  為 0時(shí)，單元格v中的讀取操作 返回不正確的值

 2) (0r0/0/1; 1) 當(dāng)單元格a的內(nèi)容  為 1時(shí)，單元格v中的 0 讀操作 返回不正確的值

 3) (1r1/1/0; 0) 當(dāng)單元格a的內(nèi)容  為 0時(shí)，單元格v中的 1 次讀取操作 返回不正確的值

 4) (1r1/1/0; 1) 當(dāng)單元格a的內(nèi)容  為 1時(shí)，單元格v中的 1 次讀取操作 返回不正確的值

Incorrect read 故障狀態(tài)圖