OTP/eFuse的介绍

1. 什么是NVM？

NVM: Non-Volatile Memory，非易失性存储器
NVM 的特点是存储的数据不会因为电源关闭而消失，像 Mask ROM、PROM、EPROM、EEPROM、NAND / NOR 闪存 (Flash Memory) 等传统 NVM，以及，目前许多正在研发的新型态存储器，如磁性存储器 (MRAM)、阻变存储器 (RRAM)、相变存储器 (PRAM)、铁电存储器 (FeRAM) 等等都属于 NVM。所以NVM的概念很大。
从可编程次数来看，NVM可以分为3类：

MTP: Multiple-Time Programmable，可以多次编程
FTP: Few-Time Programmable，可编程的次数有限
OTP: One-Time Programmable，只允许编程一次，一旦被编程，数据永久有效

可见，OTP指的是可编程的次数，并不特指某一种存储器。

2. Mask ROM, PROM, EPROM, EEPROM

Mask ROM是掩模只读存储器，Mask也称为光罩，所以也称为光罩只读存储器。其通过掩模工艺，一次性制造，其中的代码与数据将永久保存(除非坏掉)，不能进行修改。属于不可编程ROM.
PROM（Programmable Read Only Memory）是可编程只读存储器，相对于传统的ROM，其数据不是在制造过程中写入的，而是在制造完成之后通过PROM programmer写入的。PROM 中的每个bit 由熔丝 ( fuse ) 或反熔丝 ( antifuse ) 锁定，根据采用的技术不同，可以在晶圆、测试或系统级进行编程。
典型的PROM的所有位都为“ 1”。在编程过程中烧断熔丝位（Burning a fuse bit）会使该位读为“ 0”。存储器在制造后可以通过熔断保险丝（blowing the fuses）进行一次编程，这是不可逆的过程。典型的PROM是“双极性熔丝结构”，如果想改写某些单元，可以给这些单元通以足够大的电流，并维持一定的时间，原先的熔丝（fuse）即可熔断，这样就达到了改写某些位的效果。另外一类经典的PROM是使用“肖特基二极管”的PROM，出厂时，其中的二极管处于反向截止状态，采用大电流的方法将反相电压加在“肖特基二极管”，造成其永久性击穿即可。
EPROM（Erasable Programmable Read-Only Memory）是可擦写可编程只读存储器。它的特点是具有可擦除功能，擦除后即可进行再编程，但是缺点是擦除需要使用紫外线照射一定的时间。
EEPROM（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）是电可擦除可编程只读存储器。它的最大特点是可直接用电信号擦除，也可用电信号写入。

3. OTP NVM

OTP NVM指的是只可一次编程的非易失性存储器。

3. 1 eFuse vs. Anti-Fuse

fuse是保险丝·、熔丝的意思，在计算机技术中，eFuse（electric-fuse，电子保险丝）是置于计算机芯片中的微观保险丝。该技术是IBM在2004年发明的，可以对芯片进行动态实时重新编程。概括地说，计算机逻辑通常被“蚀刻”或“硬连线”(“etched” or “hard-wired”)到芯片上，在芯片制造完成后不能更改，但使用eFuse，芯片制造商可以在芯片上的电路运行时进行更改。
电子保险丝可以用硅或金属制成，它们都是通过电迁移来工作的，即电流导致导体材料移动的现象。随着时间的流逝，编程期间产生的“熔丝碎屑”会反向生长，导致金属线断开的相同电迁移也会导致金属线无意中再次连接，从而改变原本要存储的数据，导致了错误的行为。这个特性限制了eFuse 的可读次数。
Anti-Fuse（反熔丝）是一种电气装置，其功能与保险丝相反。保险丝从低电阻开始，默认是导通状态，当灌以较大的电流时切断电路。而反熔丝从高电阻开始，默认是不导通状态，当灌以较大的电压时，可将其转换为永久性导电路径。
Anti-fuse 比eFuse 的安全性更好，eFuse的编程位可以通过电子显微镜看到，因此其存储的内容可以被轻易破解，但Anti-fuse在显微镜下无法区分编程位和未编程位，因此无法读取数据。
eFuse默认导通，存储的是"1"，而Anti-fuse默认是断开，存储的是"0"，因此Anti-Fuse的功耗也较eFuse小，面积也较eFuse小。

3. 2 eFuse vs. Anti-Fuse

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，可以提供更大容量的Macro可供使用。

另外：OTP 比 eFuse 安全性更好，eFuse的编程位可以通过电子显微镜看到，因此其存储的内容可以被轻易破解，但OTP在显微镜下无法区分编程位和未编程位，因此无法读取数据。eFuse默认导通，存储的是"1"，而OTP默认是断开，存储的是"0"，因此OTP的功耗也较eFuse小，面积也较eFuse小。

4. 总结