手机电脑偶尔卡顿死机,服务器突然报出几个难解的错,搞不好就是你内存里那些看不见的故障在捣鬼。这些动态随机存取存储器(DRAM)的小脾气,可不是重启一下就能彻底解决的。

早上小李还在对着电脑发愁,公司那台关键服务器又闹脾气了——毫无征兆地报错,数据读取出错,找遍软件问题却一无所获。

最后工程师检查发现,问题竟出在DRAM的间歇性故障上,这种毛病平时藏得深,一发作就要命-10


01 测试挑战

随着芯片制程一路奔向5纳米、3纳米,内存单元的间距越来越小。这带来一个问题:电气干扰变得更容易发生

一行内存被频繁访问时,可能会“漏电”到相邻行,导致数据位意外翻转-5。这就是臭名昭著的“Rowhammer”攻击的基本原理-2

更让人头疼的是,如今的攻击已经不需要物理接触设备。研究人员成功通过网页远程模拟了这种攻击,意味着任何联网设备都可能面临风险-3

这种攻击之所以危险,是因为它可能让恶意代码逃脱安全沙箱,甚至接管整个系统-5

02 行业应对

面对这些挑战,芯片制造商和研究人员没闲着。苏黎世联邦理工学院的团队开发了名为ProTRR的片上解决方案,直接扩展现有DRAM架构来防御Rowhammer攻击-3

安全内存设计也在进步。有研究人员提出SecDDR方案,在DRAM芯片上添加少量安全逻辑,既保护内存又几乎不影响性能-6

这些方案各有利弊。ProTRR需要改变DRAM架构,SecDDR则主要针对DDR接口安全。选择哪种方案,得看具体应用场景和安全需求。

03 测试技术

说到测试,业内已经有了相当成熟的方法论。可测试性设计(DFT)成为确保DRAM可靠性的关键一环-1

内存内建自测试(MBIST) 是其中的核心技术。它能在芯片内部自动执行测试,无需昂贵的外部测试设备-1

更巧妙的是,有研究提出利用DRAM必须定期刷新的特性,将测试操作融入刷新过程中。这样一来,测试几乎不增加额外开销,还能定期检测到逐渐恶化的故障-10

这种方法特别适合检测间歇性故障,这些故障一开始偶尔出现,随着时间的推移可能变为永久性故障-10

04 设计策略

一个完整的DRAM测试方案需要多管齐下。扫描测试能检测各种延迟故障和桥接故障,而边界扫描技术则方便了板上测试和调试-1

针对不同应用场景,测试策略也得量身定制。高性能计算芯片可能需要特别关注高带宽内存互连测试,而汽车电子则更注重功能安全和系统级测试-1

随着AI芯片的普及,故障核心识别技术变得重要起来。它能在大规模芯片中准确定位故障区域,提高芯片利用率和良率-1

05 未来展望

内存安全是一场没有终点的赛跑。谷歌已经与JEDEC等行业组织合作,寻找Rowhammer攻击的全面解决方案-5

这场较量的一个关键战场在于测试与修复的平衡。未来趋势是将测试能力更深地嵌入内存子系统,实现实时监控和自适应修复。

对于企业用户来说,建立分层的内存安全策略变得至关重要。从硬件级防护到系统级监控,每一层都不能忽视。


服务器运维老王: 我们数据中心最近遇到几次内存相关故障,传统ECC内存好像不够用了。对于企业级应用,有没有更靠谱的内存测试和防护方案?

对于企业环境,建议采取多层防护策略。首先,考虑采用具有高级ECC功能的内存模组,如Chipkill技术或类似方案,它能纠正整个芯片的故障而不仅仅是单比特错误-10其次,在内存控制器层面实施定期内存擦洗(memory scrubbing),主动检测和纠正错误-10再者,对于最关键系统,可以探索使用具有内建自测试(BIST)功能的内存子系统,这类系统能够在运行时执行透明测试,几乎不影响性能-10最后,保持固件和系统软件更新也很关键,因为许多内存相关漏洞可通过软件缓解措施部分防御-3

硬件工程师小陈: 我是做硬件设计的,最近在设计一款AI边缘设备。在选择DRAM时,应该重点关注哪些测试性和可靠性指标?

AI边缘设备对功耗和可靠性都很敏感。重点关注具有温度补偿刷新功能的内存,它能根据工作温度调整刷新率,降低功耗-10同时,选择支持运行时内存测试的控制器,这样可以在设备空闲时执行后台测试,不干扰正常运算-10此外,考虑采用具有软修复能力的内存方案,这种方案能通过地址重映射绕过故障单元,延长内存使用寿命-1最后,不要忽视Rowhammer防护,尤其是设备可能运行不受信任代码的情况下-3。可以询问供应商提供了哪些具体防护措施,如目标行刷新等。

安全研究员阿杰: Rowhammer攻击现在发展到什么程度了?普通用户需要担心吗?

Rowhammer攻击确实在进化。最新变种如“半双工”技术,已经能够影响非相邻行的内存单元,扩大了攻击范围-5令人担忧的是,攻击门槛在降低——研究人员已成功通过JavaScript在网页中实施攻击,无需特殊权限-3虽然针对性攻击仍需要较高技巧,但理论上所有使用易受攻击DRAM的设备都可能受影响-8对于普通用户,保持系统和浏览器更新是最实际的防护,因为软件缓解措施能增加攻击难度-5对于高价值目标,则应考虑采用具有硬件级防护的设备,或使用基于硬件的内存加密方案-6