La conservation des données est une chose amusante. Atmel se fera un plaisir de vous dire que la mémoire flash d’un ATmega32A conservera ses données pendant 100 ans à température ambiante. Microchip affirme que ses EEPROM conserveront les données pendant plus de 200 ans. Et pourtant, l’humanité maîtrise à peine l’électricité depuis si longtemps. Bon sang, la puce de silicium elle-même n’a été inventée qu’en 1958. Les EEPROM et le stockage flash sont eux-mêmes bien plus jeunes.
Comment ces fabricants peuvent-ils faire des affirmations aussi farfelues alors qu’ils n’auraient en aucun cas pu tester leurs pièces pendant aussi longtemps ? Parient-ils simplement sur le fait que vous ne serez pas là pour les châtier en 2216 lorsque votre projet échouera soudainement à cause d’un peu de pourriture.
Eh bien, en fait, il existe une réponse très scientifique. Entrez dans la pratique des tests d’usure accélérés.
Plus vite, plus vite maintenant
Le stockage flash EEPROM et NAND sont deux technologies extrêmement importantes. Les EEPROM sont utilisées pour stocker le micrologiciel de tous types d’appareils, ainsi que des éléments tels que les clés cryptographiques et d’autres données en grande partie statiques. La plupart des EEPROM ont des niveaux de conservation des données pendant plusieurs décennies, voire plusieurs siècles. Flash peut être utilisé de la même manière, mais il est également utilisé comme stockage de masse. Ce n’est pas aussi bon en termes de rétention que l’EEPROM. Certaines pièces ne durent que quelques années si elles sont laissées au repos, en particulier à des températures élevées. D’autres composants Flash peuvent conserver les données beaucoup plus longtemps s’ils sont conçus à cet effet.
La question est cependant de savoir comment déterminer ces chiffres. Compte tenu du caractère peu pratique des tests en temps réel sur un siècle, l’industrie s’appuie plutôt sur des méthodes de tests de durée de vie accélérées. Ces techniques consistent à soumettre les dispositifs de mémoire à des facteurs de stress accrus, tels que des températures élevées, pour accélérer le processus de vieillissement. Le principe sous-jacent est basé sur l’équation d’Arrhenius, qui postule que la vitesse des réactions chimiques augmente de façon exponentielle avec la température.
La dégradation des cellules mémoire est fondamentalement due à des réactions chimiques qui se déroulent sur de longues périodes de temps. Au fil des décennies ou des siècles, les plastiques se dégradent, les matériaux s’oxydent et toutes sortes d’autres réactions chimiques se produisent. Ces réactions chimiques peuvent endommager les minuscules structures d’une puce de silicium chargée de stocker les données sous forme de petites charges électriques. C’est presque comme si vous laissiez une pomme de côté et qu’elle pourrissait ; le phénomène est souvent appelé peu de pourriture.
Conformément à l’équation d’Arrhenius, vous pouvez ainsi modéliser une longue période de dégradation de la mémoire dans un temps beaucoup plus court en élevant la température, car les réactions se produisent à un rythme plus rapide. Si vous avez étudié la physique, tout cela devrait vous être familier. La température n’est en réalité que la vitesse à laquelle les atomes bougent. Ainsi, s’ils sont plus chauds, ils bougent davantage et il est logique que les réactions se produisent plus rapidement, avec tous ces atomes et molécules qui bougent. Cette explication est bien sûr simplifiée et ne me fera pas être invité à de véritables conférences scientifiques, mais elle sert notre objectif ici.
Ainsi, pour tester la conservation des données à long terme d’un appareil, il vous suffit de le placer dans un environnement plus chaud que la normale et de vérifier la manière dont il conserve les données au fil du temps. Naturellement, cela se fait avec de nombreux échantillons avec une rigueur scientifique, ce qui permet d’obtenir des informations statistiques. Évidemment, il y a aussi des limites. Il ne sert à rien de tester les EEPROM à 500 °C, où elles fondront et brûleront en quelques secondes seulement, ne conservant aucune donnée. Cependant, dans les limites réalistes de la partie, des idées significatives peuvent être tirées.
En observant les effets d’un vieillissement accéléré, il est possible de faire des prédictions sur les capacités de rétention à long terme de ces dispositifs. Après un vieillissement accéléré, les mémoires EEPROM et Flash subissent des tests rigoureux de conservation des données. Les résultats de ces tests sont extrapolés pour estimer les performances des appareils sur des périodes prolongées à des températures normales. Cette extrapolation, bien que scientifiquement fondée, n’est pas sans incertitudes et repose largement sur des modèles statistiques sophistiqués.
Alors que la température joue un rôle central dans le vieillissement accéléré, d’autres facteurs tels que les variations de tension et l’humidité sont également pris en compte pour simuler diverses conditions de stress. Cette approche holistique garantit une évaluation plus complète des capacités de conservation des données à long terme.
En raison des variations inhérentes aux cellules mémoire, une approche statistique est utilisée dans ces tests. En testant un grand nombre d’appareils et en analysant le comportement moyen, des prédictions plus précises des performances à long terme sont établies. Cette analyse statistique est cruciale pour comprendre la fiabilité globale de la technologie de mémoire.
La clé de ces tests de longévité est la surveillance de mécanismes de défaillance spécifiques, tels que les fuites de charge dans les cellules mémoire. Comprendre ces modes de défaillance est essentiel pour prédire la perte de données et concevoir des stratégies pour atténuer ces risques. Ces échecs spécifiques se produiront selon leurs propres délais et seront plus soumis à certaines conditions que d’autres.
Il convient de noter que les méthodes de vieillissement accéléré ne sont pas uniquement utilisées pour évaluer la mémoire flash et les EEPROM ; les techniques sont appliquées à tout, des papiers d’archives aux encres et autres produits similaires. Ces méthodes ne sont cependant pas sans points négatifs. Les critiques de ces méthodes tournent autour du fait que différentes réactions chimiques peuvent se produire à différentes températures, ce qui gâche la corrélation entre un processus de vieillissement accéléré et ce qui se produirait naturellement au fil du temps à une température plus basse. La corrélation peut parfois être médiocre, et pour de nombreux éléments, en particulier ceux inventés récemment, nous n’avons tout simplement pas eu l’occasion de comparer les résultats du vieillissement accéléré avec ce qui se produit en temps réel. Dans le même temps, avec la vitesse à laquelle la technologie évolue, cela soulève la question suivante : est-ce que quelqu’un en 2100 se souciera de savoir si un ATmega peut réellement stocker des données sur une EEPROM pendant 100 ans ?
Malgré la rigueur et la sophistication de ces méthodologies de test, prédire les performances des dispositifs de mémoire sur un siècle comporte des incertitudes inhérentes. Des changements de fabrication apparemment mineurs ou des facteurs environnementaux imprévus peuvent avoir un impact sur l’exactitude de ces prévisions. Comprendre la physique et la chimie en jeu est essentiel pour modéliser avec précision le vieillissement à long terme dans des délais plus compatibles avec l’humain. Et pourtant, nos meilleurs modèles ne sont que cela. Jusqu’à ce que quelqu’un vérifie réellement une pièce EEPROM ou flash donnée dans un siècle, nous ne pouvons pas savoir avec certitude à quel point ces modèles sont réellement précis.
En fin de compte, la plupart d’entre nous n’ont pas trop à se soucier du stockage de données sur des périodes de plusieurs siècles. Pour ceux qui le font, les techniques de vieillissement accéléré sont un outil très utile pour comprendre la meilleure façon de préserver les données sur ces échelles de temps. Si vous retirez une chose de tout cela, rappelez-vous simplement que laisser vos clés USB ou microcontrôleurs sur une surface chaude va détruire vos données beaucoup plus rapidement que si vous les laissiez dans un endroit plus frais. Si votre thèse de doctorat se trouve actuellement sur une vieille clé USB dans une voiture chaude, il serait préférable de faire plusieurs sauvegardes et de la stocker dans un endroit plus sage.
