OTP(One-Time Programmable)即一次性可编程存储器,之所以只能烧写一次,源于其特殊的物理实现机制和设计目的。
从物理实现角度来看,常见的 OTP 实现方式有熔丝型和反熔丝型 。对于熔丝型 OTP,初始状态下,熔丝是完整的,对应逻辑状态为 1(未熔断)。当进行烧写操作时,通过向熔丝施加足够大的电流,使熔丝温度急剧升高从而熔断。一旦熔丝熔断,其物理连接断开,就无法再次恢复到初始的连通状态,对应逻辑状态变为 0 。例如在一些早期的可编程只读存储器(PROM)中就采用这种方式,熔断后的熔丝无法逆向修复,所以只能进行一次编程。
反熔丝型 OTP 则与之相反,初始时存储单元呈现高阻态或电容特性,对应逻辑状态为 0 。编程时,施加高电压将反熔丝击穿,使其变为低阻态,对应逻辑状态变为 1 。由于击穿造成的物理结构变化是不可逆的,一旦反熔丝被击穿,就不能再恢复到初始的高阻态,从而实现了一次性编程。像某些基于半导体材料相变的 eFuse(电可熔断丝,也是 OTP 的一种实现形式),编程脉冲会改变材料的晶相结构,从低阻态变为高阻态或者相反,这种晶相结构的改变是永久性的,不可逆转 。
从设计目的而言,OTP 被设计为只能烧写一次,主要是为了保证存储数据的安全性和永久性 。在许多应用场景中,例如存储设备的唯一序列号、加密密钥、硬件配置参数等,这些数据一旦确定就不希望被修改或篡改 。如果允许多次烧写,那么数据的安全性将大打折扣,容易受到恶意攻击或误操作导致数据被更改。例如在安全启动过程中,OTP 中存储的密钥用于验证系统的完整性和合法性,若能随意修改,攻击者就可能篡改密钥,从而绕过安全验证,破坏系统安全。所以,OTP 的一次性烧写特性,为数据提供了可靠的物理层面的保护,确保其在设备的整个生命周期内保持稳定和安全 。
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