NAND颗粒被“烤”到120℃还能不能正常读写?一次存算用户高温测试需求交流复盘

📅 2026/7/9 8:08:03 👁️ 阅读次数 📝 编程学习
NAND颗粒被“烤”到120℃还能不能正常读写?一次存算用户高温测试需求交流复盘

很多人谈 NAND Flash 测试,第一反应是 SSD 性能:顺序读写、随机读写、IOPS、延迟、带宽。这是个误区,一定要注意NAND Flash 不等于SSD,NAND Flash这是我们平时经常用的SSD的最核心的存储器件。

但真正做到芯片级、颗粒级,尤其是把 NAND 用到一些非传统场景里,问题就会变得很不一样。

我们最近一次针对NAND Flash测试的技术交流的背景,是一家做存算(CIM/IMC - compute in memory,也叫In-memoy compute)相关产品的用户,在设计过程中发现一个现实问题:系统内部某些NAND存储位置的温度,可能会比原先预估的规格高不少。正常情况下,供应商不会轻易承诺 NAND 颗粒可以长期工作在超过规格的高温环境里;但项目又不能停在“理论上可能有风险”这里。因此,用户希望找一种办法,用少量 NAND 样品先做一次高温下的实际验证。

这个需求听起来简单:把 NAND 放到高温下,看看还能不能读写。

但真要做起来,里面涉及样品来源、封装兼容、测试温度、测试动作、数据记录、报告形式、测试服务模式、设备是否值得采购等一串问题。两段沟通正是围绕这些问题展开的。

一、问题从“少量NAND颗粒能不能测”开始

交流一开始,用户的需求还比较初步。

用户想采购几颗 232 层左右的 TLC NAND 裸颗粒,数量不多,可能也就几颗到十几颗。目的不是做量产筛选,而是想看看这些 NAND 在高温条件下的一些基础特性,比如高温下的读写表现、Retention 行为,或者某些 Read Disturb 相关现象。

这里有一个很现实的约束:用户大概率不会从原厂正式渠道采购大批量样品。因为只是做调研和验证,如果去找原厂买三五颗裸 NAND,原厂一般也不会配合。实际操作中,很可能要通过代理商、渠道商,甚至其他用户资源去找少量样品。

这也决定了后面整个讨论的方向:用户并不是要立刻购买一套完整 NAND 特性分析设备,而是想先搞清楚,有没有办法以测试服务的形式,把少量样品测起来。

二、NplusT Nanocycler:不是产线筛选机,而是NAND特性分析工具

接着,交流转到 NplusT的 NAND 测试设备。

这里提到的 NplusT是一家意大利公司,主要做 NAND Flash 测试相关设备,也可以提供测试服务。Saniffer 在国内代理和支持这类设备。

NplusT的这类 NAND 测试设备,核心不是产线里那种“上板前测一下能不能用”的低成本筛选机。产线筛选关注的是速度和成本:一晚上测很多颗,只判断颗粒大体能不能贴片,测试项目相对简单。

但用户现在要看的不是“这颗 NAND 能不能用”,而是“这颗 NAND 在高温、读写、擦写、干扰、保持等条件下的行为是什么”。这属于特性分析,而不是简单分选。

因此,这类设备更适合高校、研究机构、SSD 主控公司、NAND 算法团队,以及需要了解第三方 NAND 颗粒真实行为的研发团队。比如做 LDPC、读重试、磨损管理、Retention 建模、Read Disturb 分析,或者 SSD 主控固件算法优化,都需要真正理解 NAND 颗粒的特性。

三、设备形态:桌面小机台、多个独立测试槽、接触式加温

交流过程中介绍了设备的大体结构。

这类设备不是一个大型温箱,而是比较紧凑的桌面型测试机台,可以放在实验室台面上。标准配置可以包含多个Tester Unit测试模块,每个槽位相对独立控制;如果是多槽配置,中间也会做隔离,避免一个槽位加热影响另一个槽位。

它的加温方式也和传统温箱不同。传统温箱是把整个空间升温,而这里更像是接触式加温。NAND 裸颗粒放入 socket 后,上方盖板压住芯片,盖板直接接触 NAND 封装,通过热传导把温度加到芯片上。设备还会监控温度,等温度稳定到设定值后,再执行 Program、Erase、Read、Read Disturb 等测试动作。

这种接触式加温的好处是响应更直接,温控对象更贴近被测 NAND 本体。对于少量颗粒、高温快速验证来说,比搭一个大温箱更方便。

我们在后续的交流过程中,温度能力进一步明确:设备标称可以支持到 125℃,实际硬件能力可以更高,提到过可到 145℃左右,但长期使用还是应以标称规格为准。用户关心的 95℃以上,甚至 120℃左右的短期测试,原则上落在这类设备可以讨论的范围内。

四、样品封装是第一道门槛:BGA152、BGA132、BGA154不能混着看

我们交流里很快碰到一个关键问题:NAND 裸颗粒的封装。

这类测试设备不是随便拿一颗 NAND 放进去就能测。它需要 socket 与颗粒封装匹配。常见 NAND 封装包括 BGA152、BGA132、BGA154 等。不同厂商、不同代际、不同容量的 NAND,封装可能不同。

交流过程中提到,一个 BGA152 socket 可以兼容 BGA132,方法是放置时左右各空一列,按定位点对齐。但 BGA154 与 BGA152/BGA132 并不一定兼容,往往需要另一种 socket 或测试模块。

这就引出了后续必须确认的第一件事:用户到底要测哪一家 NAND、哪一代产品、哪一个具体 part number、什么封装形式。

比如长江存储YMTC的 X2、X3、X4,不同型号、不同层数、不同容量,封装和 pinout 可能都不同。不能只说“我想测长存 NAND”,必须落实到具体料号。否则设备端无法确认 socket、FPGA 配置、协议支持和测试流程是否匹配。

五、软件流程:不是写一堆底层代码,而是拖模块搭测试步骤

设备介绍之后,交流转到软件操作。

这套系统的软件并不是让工程师从零写底层 NAND 命令,而是提供很多功能模块。用户可以像搭流程一样,把温度控制、Program、Erase、Read、Read Disturb、降温等模块按顺序组合起来。

比如一个典型流程可以这样设计:

先把温度升到 95℃或 120℃; 等待温度稳定; 执行 Program; 执行 Read; 执行 Read Disturb; 再次 Read; 记录数据; 必要时降温; 最后导出结果。

每个模块里都可以设置参数。比如测试哪些 block、哪些 page、读多少次、写入什么 pattern、循环多少轮、Read Disturb 次数是多少、温度设定是多少、每一步之间是否需要等待等。

这对用户很重要,因为他们要的不是一个固定测试,而是希望能根据自己关心的问题灵活配置。比如他们可能只想测几个 block,也可能想全片扫一遍;可能想看 Program 后的立即读取,也可能想看高温下短时间放置后的变化;可能只做几百次读扰,也可能做十万次 Read Disturb。

六、数据输出:CSV是基础,后处理要提前想清楚

交流过程中反复提到,设备在测试过程中会产生大量数据,并且可以导出 CSV。

这件事看起来平常,其实很关键。因为 NAND 特性测试不是最后给一个“Pass/Fail”就结束了。用户真正要看的是数据趋势:

某个温度下读出来的 bit 是否稳定; Program 时间是否变化; Read Disturb 后错误数是否增加; 高温保持后阈值分布是否漂移; 不同 block、不同 page、不同 die 之间有没有差异; 某些 pattern 是否更容易出问题; 不同样品之间是否有离散性。

因此,测试开始前就要想清楚:最终到底要哪些字段、哪些图、哪些统计结果、哪些中间数据。设备可以导 CSV,也有配套软件做后处理;但用户自己也可以用 Excel、Python 或内部分析工具二次处理。

这也引出一个很实际的建议:不要只说“帮我测一下 Read Disturb”,而要明确测试后希望看到哪些指标。否则设备跑完后给出一大堆 CSV,用户再回头说“我真正想看的不是这些”,就会浪费测试时间。

七、采购设备并不一定划算:少量样品更适合先做测试服务

我们交流过程中,双方很快判断出:如果用户只是为了几颗 NAND 样品做一次短期验证,直接采购整套设备不一定划算。

一套完整设备不便宜,而且不仅是买硬件,还涉及测试模块、socket、软件、脚本、人员培训和后处理流程。对于长期做 NAND 特性研究的高校、SSD 主控公司或算法团队,这类投入是值得的;但对于只是想先验证几颗颗粒在高温下表现的用户来说,测试服务更合理。

因此,当时提出了几种可能路径。

第一种,送到 NplusT意大利团队,由原厂帮忙做测试并出报告。 第二种,在 Saniffer 上海办公室使用现有设备做一次小批量测试,必要时让 NplusT工程师远程支持。 第三种,如果现有设备或 socket 不匹配,也可以看看国内已有设备的高校、研究机构或企业用户是否愿意协助做一次测试。 第四种,如果后续需求变成长期、持续、大批量,再考虑采购设备,甚至由 Saniffer 组建相应的测试服务能力。

这个判断很务实:先用服务验证需求,再决定是否买设备。对于还处在调研阶段的项目,这是更稳妥的路径。

八、为什么高校和SSD主控公司会用这类设备?

交流过程中还延伸聊到这类设备的典型用户。

高校方面,很多团队会研究 NAND 器件特性、错误模型、Retention、Read Disturb、Program/Erase 行为,以及基于这些特性的纠错算法。比如 LDPC 算法要做得好,就不能只凭规格书写参数,必须理解真实 NAND 在不同温度、不同磨损状态、不同读写条件下的统计行为。

企业方面,SSD 主控公司也会用这类设备。主控厂商不一定自己生产 NAND,但它需要适配各种 NAND 供应商的颗粒。不同厂商、不同批次、不同代际的 NAND,读写延迟、错误分布、Retention 行为、Read Disturb 敏感性都不完全一样。主控固件、读重试策略、纠错算法、坏块管理策略,都需要基于这些特性不断优化。

用户当前的情况与此类似:他们自己不生产 NAND,而是计划使用第三方 NAND。既然用的是第三方 NAND,就更需要了解它在自己系统场景里的行为,尤其是在温度条件可能超出常规设计预期时。

九、交流后半段:样品采购本身也是难点

我们交流的后半段还聊到一个很现实的问题:现在想买少量原装 NAND 裸颗粒,并不容易。

几年前,找原厂或代理买几颗样品相对容易,甚至有时候打个招呼就能拿到。但现在很多高代际、高容量 NAND 颗粒变得很紧俏。少量采购很难谈,价格也高。有时渠道商手上有货,但要求一次拿走几十颗;如果只买几颗,对方未必愿意卖。

更麻烦的是,市场上可能存在拆机料、重新植球料、来源不明的料。对于普通功能验证也许还能勉强用,但对于高温特性测试,这类料风险很大。因为你不知道它之前经历过什么温度、多少擦写、什么焊接条件、是否重新打磨、是否返修过。拿这种样品去做高温测试,最后很难判断问题到底来自 NAND 本身,还是来自样品来源和前处理过程。

所以这里形成了一个重要共识:如果要做高温可靠性或特性验证,最好使用原装、未使用、来源可靠的 NAND 颗粒。否则测试结果的解释会非常麻烦。

十、后续的交流把需求进一步讲清楚

在后续的交流中用户把真实需求讲得更明确了。

他们最近在做系统设计热仿真时发现,实际温度在某些情况下可能会比原先预计的规格高很多,可能超过 95℃。而NAND Flash供应商通常不会轻易承诺产品可以在这种高温下长期正常工作。

所以用户希望先做一次探索性测试:在大于等于 95℃的环境下,看看 NAND 是否还能正常读写;进一步地,可能希望把温度推到 120℃以上,做短期的读、写、Read Disturb,或者类似短期高温保持的观察。

这时候,需求已经从初期交流的“想看看高温特性和 Retention”收敛成了更具体的工程问题:

温度:至少 95℃以上,可能到 120℃; 对象:第三方标准 NAND 裸颗粒,可能是长江存储YMTC等厂商; 测试:读、写、Program、Erase、Read Disturb,以及短期高温下的数据变化; 样品量:很少,属于短期验证,不是长期批量测试; 模式:更倾向测试服务,而不是马上采购设备。

十一、设备能力再次确认:接触式加温、125℃标称、实际可到更高

然后,我们再次确认了设备温度能力。

设备通过接触式加温直接加热 NAND 封装,温控相对准确。标称支持到 125℃,实际硬件能力可以更高,提到过大约 145℃。但从工程角度,正式使用仍然建议按照标称规格来规划,尤其是长时间测试。

用户想试 120℃左右,这在设备能力范围内是可以讨论的。需要注意的是,测试温度越高,对样品、socket、接触稳定性、测试时间和安全边界的要求越高,测试方案也要写得更清楚。

十二、封装和料号再次成为前置条件

同时,双方再次强调了封装问题。

设备支持的是标准 NAND 协议和标准 NAND 封装。只要是标准 ONFI/Toggle 类 NAND、标准 BGA 封装,理论上可以通过合适 socket 和测试模块来做 Program、Erase、Read、Read Disturb 等动作。但如果是非标准接口、非标准封装、特殊 pinout,就会比较麻烦。

因此,用户下一步必须先提供:

具体 NAND 厂商; 具体料号; 容量、层数、代际; 封装类型,比如 BGA132、BGA152、BGA154; 是否为原装新料; 预计样品数量。

这一步看似琐碎,其实是能不能开测的第一道门槛。没有料号和封装,设备端无法确认 socket 是否匹配;没有样品来源说明,也无法判断测试结果是否可信。

十三、测试需求要写成文档:温度、次数、模式、输出结果都要明确

本次交流过程中,给用户最明确的建议是:先把测试需求写成文档。

这个文档至少要回答三个问题。

第一个问题:测什么样品? 也就是封装、料号、供应商、样品数量、来源是否可靠。

第二个问题:怎么测? 比如温度是 95℃、105℃、120℃,还是多个温度点;每个温度点稳定多久;Program/Erase 做几轮;Read Disturb 做多少次;读写 pattern 是什么;测试哪些 block/page;是否需要高温保持;是否需要降温后复读。

第三个问题:要什么结果? 是只要一个简单报告,还是要完整 CSV;要看哪些参数;是否需要图表;是否要统计 error count、fail bit、page/block 差异、Program time、Read retry、Retention 前后变化等。

这一步非常关键。NAND 特性测试不是“把料放进去跑一下”这么简单。测试脚本可以灵活配置,但前提是用户知道自己要验证什么假设。否则测试动作做完了,数据也有了,后处理和结论却很难落地。

十四、这不是传统可靠性线,而是一次极端条件下的快速特性摸底

我们还区分了一个概念:这次测试不完全等同于传统可靠性测试。

传统可靠性测试可能是标准流程、标准温度、标准时长、标准样本数,例如长时间 HTOL、Retention、Endurance 等。而用户这次更像是工程风险摸底:系统某些点可能出现高温,所以先找几颗第三方 NAND,在 95℃甚至 120℃做一次短期验证,看它能不能正常读写,是否出现明显异常。

这类测试不一定能直接替代正式可靠性认证,也不能说明产品在所有工况下长期可靠。但它很适合在项目早期回答一个关键问题:这个方向有没有明显风险?如果一上 120℃就读写异常,那设计就要尽早调整;如果短期看起来还可以,后续再决定是否做更完整的可靠性验证。

也正因为它是探索性验证,测试服务模式就比直接采购设备更合适。

十五、现有设备状态:上海有设备,但要确认socket和可用模块

经过确认,上海这边有设备资源,但实际可用状态还要确认。

有一台设备可能已经发给无锡用户试用;另有一台设备可能还在上海办公室,但需要确认当前装的是什么 socket、什么测试模块、是否适配用户要测的 NAND 封装。

这也再次说明,测试服务能不能很快启动,不只取决于设备本体,还取决于:

当前设备是否空闲; socket 是否匹配; 测试模块是否支持目标料号; 脚本是否已有; NplusT是否需要远程支持; 样品是否已经准备好。

如果这些都匹配,用户甚至可以把样品带到上海办公室做一次快速验证;如果不匹配,就要考虑更换 socket、找其他已有设备的用户协助,或者送到 NplusT原厂做。

十六、下一步安排:先写需求,再拉NplusT意大利团队开Zoom会议

最后,双方把下一步动作基本定下来。

用户先准备一份需求文档,把样品形态、测试温度、测试动作、循环次数、数据需求写清楚。随后可以在下周一左右内部和内部经理确认,再看是否拉一个 Zoom 会议,把 NplusT意大利工程师也一起叫上,直接讨论可行性。

这样做比较高效。因为如果只是口头说“我们想测高温”,NplusT工程师也很难给出准确方案。只有看到具体温度、封装、测试步骤、样品数量、数据输出要求,才能判断:

现有设备能否直接做; 是否需要更换 socket; 是否需要定制脚本; 是否需要在上海测,还是送意大利测; 大概周期和费用如何; 最终报告能提供到什么程度。

这也给用户内部决策提供了依据:是先做一次小额测试服务,还是后续把它变成持续测试能力。

十七、关于样品:一定要尽量避免拆机料、重植球料

最后又回到样品来源问题,而且比前面的除部交流更明确。

如果要做高温测试,最好不要使用拆机料、重新植球料、来源不清楚的料。因为这类样品可能已经经历过焊接、返修、热冲击,甚至可能被重新打磨过。拿它做高温测试,一旦出问题,很难判断问题来自 NAND 本体、封装损伤、焊球质量,还是之前使用历史。

对于这次用户想验证的东西来说,样品来源尤其重要。因为他们关心的是“正常第三方 NAND 在高温下是否还能满足需求”,而不是“某颗来路不明的拆机 NAND 在高温下会不会坏”。

因此,样品准备应尽量走可靠渠道。如果买不到少量原装裸颗粒,也可以考虑通过合作用户、原厂窗口、大学实验室或已有样品资源借用少量样品。虽然麻烦,但这一步决定了测试结果能不能被内部认可。

十八、这次交流对存算类用户的启发

这次交流最有意思的地方在于,用户本身并不是传统 NAND 原厂,也不是普通 SSD 厂商。他们做的是存算相关方向,自己不生产 NAND,而是可能使用第三方 NAND 颗粒构建自己的系统或产品。

这类用户面对的挑战很典型:

他们不是 NAND 制造商,所以拿不到完整的内部器件模型; 他们不是传统 SSD 主控厂,所以未必有完整 NAND characterization 能力; 但他们又要把 NAND 用到自己的系统里,甚至可能出现更高温、更特殊访问模式、更特殊工作负载; 这时,仅仅相信 datasheet 或供应商口头说明是不够的。

因此,他们需要一种“轻量级但足够专业”的方法,先把少量 NAND 颗粒在目标边界条件下测一遍。

这就是 NplusT这类 NAND 特性测试设备和测试服务的切入点。

十九、这件事真正要解决的,不是买设备,而是回答三个工程问题

回看两段交流,表面上大家在聊设备、socket、温度、CSV、服务模式,但真正要回答的是三个工程问题。

第一个问题:目标 NAND 在用户真实温度边界下还能不能正常读写?这对应 95℃以上、120℃短期读写、Program/Erase/Read Disturb 等测试。

第二个问题:如果出现异常,能不能通过数据判断异常模式?比如是读错误增加、Program 失败、擦除异常、Retention 漂移,还是 Read Disturb 敏感性变强。

第三个问题:用户后续要不要建立自己的 NAND 特性分析能力?如果只是一次验证,就做测试服务;如果未来产品持续依赖第三方 NAND,并且访问模式和温度边界都很特殊,那就要考虑长期能力建设。

这三个问题,比“设备多少钱”更重要。

二十、结语:NAND不是黑盒,尤其在高温和新场景里

在传统 SSD 里,很多人习惯把 NAND 看成主控后面的存储介质。主控厂商做固件,NAND 原厂提供颗粒,系统厂商买盘使用,大家按各自角色分工。

但到了存算(CIM/IMC - compute in memory/In-memoy compute)、边缘设备、特殊散热条件、非传统访问模式这些新场景里,NAND 就不能再被当成完全黑盒。

一颗 NAND 在标准温度下能正常读写,不代表它在 95℃、105℃、120℃下仍然表现稳定。 一颗 NAND 在普通 SSD 里没问题,不代表它在新的访问模式和热环境下没有风险。 一颗来自渠道的 NAND 能点亮,也不代表它适合拿来做高温特性判断。 一个供应商给出的 datasheet,也不能替代用户自己在目标工况下的实测数据。

这次交流的价值就在这里:它没有急着把设备卖给用户,而是先把问题拆开——样品是什么封装?温度要到多少?测哪些动作?要什么数据?是一次性服务还是长期能力?样品来源是否可靠?现有 socket 是否适配?是否需要 NplusT原厂参与?

对于用户来说,下一步不是马上下单,而是先把需求文档写清楚。只要样品、封装、温度、测试动作和数据目标明确下来,这件事就可以从“我想看看高温下会不会有问题”,变成一套可执行的 NAND 高温特性验证方案。

在 NAND 越来越贵、越来越难买、应用场景越来越复杂的今天,这种颗粒级测试能力,已经不只是 NAND 原厂和 SSD 主控厂才需要。任何把第三方 NAND 放进自己系统里的团队,都迟早会遇到类似问题:

这颗 NAND,在我的真实环境里,到底靠不靠谱?

而答案,最终还是要靠测试数据说话。