Zamrażająca pamięć DRAM dla kryminalistyki (coldboot)

Od pewnego czasu wiem o sztuczce na zimno, ale tak naprawdę nigdy nie brałem pod uwagę fizyki, która się za tym kryje. Przeczytałem artykuł , ale tak naprawdę nie wyjaśnia , dlaczego to działa.

W jaki sposób fizyczne schłodzenie pamięci RAM do bardzo niskiej temperatury powoduje, że przechowywane w niej dane są przechowywane przez długi czas, nawet bez zasilania?

Wiem, że układy scalone DRAM to w zasadzie duży zestaw ogniw tranzystorowo-kondensatorowych, ale nie mogę zrozumieć, dlaczego temperatura robi jakąkolwiek różnicę.

Rodzi to również dalsze pytania:

Czy charakterystyka rozpadu urządzenia jest wystarczająca, aby umożliwić pomiar „poprzedniej” wartości komórki w normalnej lub niższej temperaturze?
Czy to jest to samo zjawisko, które powoduje zgniliznę bitów, tj. Przypadkowe odwracanie bitów w pamięci komputera?
Czy dotyczy to innych scenariuszy, takich jak zmiana stanu mikroprocesorów lub zmiana sposobu przełączania tranzystora w obwodzie dyskretnym?
Jeśli ekstremalne zimno powoduje, że stan ładowania zanika wolniej, czy to oznaczałoby, że nagrzewanie pamięci RAM skasowałoby zapisane w niej dane?

— Wielomian
źródło

W zależności od rodzaju odpowiedzi, której szukasz, możesz mieć więcej szczęścia w physics.SE. Nie sądzę, że jest to nie na temat, ale warto o tym wspomnieć, jeśli nie otrzymujesz tego rodzaju odpowiedzi, których szukasz.

— Kellenjb

@Kellenjb Najpierw zastanawiałem się nad fizyką.SE, ale zdecydowałem, że ludzie tutaj prawdopodobnie lepiej rozumieją wewnętrzne elementy tych komponentów i prawdopodobnie częściej już wcześniej zajrzeli do coldboot. Dziękuję za odpowiedź. Będę o tym pamiętać :)

— Wielomian

@Kellenjb: IMO to pytanie czysto elektrotechniczne. I podejrzewam, że odpowiedź jest po prostu zamrozić kondensatory (jak gdyby tworzyły jedną elektrolitycznej), a więc nie rozładować czy coś takiego.

— sharptooth

@sharptooth Nasz zakres koncentruje się bardziej na projektowaniu elektronicznym. W pewnym stopniu rozumiem, w jaki sposób funkcja elektroniki niskiego poziomu jest częścią projektowania elektronicznego (dlatego dlaczego nie głosuję poza tematem), ale jeśli miałby się zastanawiać, co tak naprawdę dzieje się na poziomie elektronowym, zacząłby spadać bardziej w fizykę (nawet jeśli może wpaść w ręce inżyniera elektryka).

— Kellenjb

@Kellenjb Zaakceptowałem odpowiedź W5VO, ponieważ obejmuje ona odpowiedź w sensie „jakie właściwości zostały zmienione z powodu chłodzenia”. Zadam to samo pytanie na Physics.SE i połączę je, abyśmy mogli uzyskać obie strony monety.

— Wielomian

DRAM, jak powiedziałeś, zasadniczo składa się z kondensatora pamięci i tranzystora, aby uzyskać dostęp do napięcia zmagazynowanego na tym kondensatorze. Idealnie byłoby, gdyby ładunek zgromadzony na tym kondensatorze nigdy się nie zmniejszył, ale istnieją elementy wycieku, które umożliwiają rozładowanie ładunku. Jeśli wystarczający ładunek wycieknie z kondensatora, danych nie będzie można odzyskać. Podczas normalnej pracy tej utraty danych można uniknąć poprzez okresowe odświeżanie ładunku w kondensatorze. Dlatego nazywa się to Dynamic RAM.

Obniżenie temperatury powoduje kilka rzeczy:

Zwiększa napięcia progowe tranzystorów MOSFET i spadek napięcia diod do przodu.
Zmniejsza składnik upływu tranzystorów MOSFET i diod
Poprawia wydajność tranzystorów MOSFET

Biorąc pod uwagę, że pierwsze dwa punkty bezpośrednio zmniejszają prąd upływowy widziany przez tranzystory, nie powinno dziwić, że ładunek przechowywany w bicie DRAM może wystarczyć wystarczająco długo, aby przeprowadzić ostrożny restart. Po ponownym podłączeniu zasilania wewnętrzny system DRAM zachowa zapisane wartości.

Te podstawowe założenia można zastosować do wielu różnych obwodów, takich jak mikrokontrolery, a nawet obwody dyskretne, o ile nie ma inicjalizacji podczas uruchamiania. Na przykład wiele mikrokontrolerów resetuje kilka rejestrów podczas uruchamiania, niezależnie od tego, czy poprzednia zawartość została zachowana, czy nie. Prawdopodobnie nie zostaną zainicjowane duże tablice pamięci, ale rejestry sterujące mają znacznie większe możliwości zresetowania funkcji uruchamiania.

Jeśli odpowiednio podniesiesz temperaturę matrycy, możesz stworzyć odwrotny efekt, polegający na tak szybkim zanikaniu ładunku, że dane zostaną usunięte, zanim cykl odświeżania będzie mógł zachować dane. Nie powinno to jednak nastąpić w określonym zakresie temperatur. Podgrzanie pamięci na tyle, aby dane rozpadły się szybciej niż cykl odświeżania, może również spowodować spowolnienie obwodu do punktu, w którym nie byłby w stanie utrzymać określonych czasów pamięci, co wyglądałoby na inny błąd.

Nie jest to związane z gniciem bitów. Zgnilizna bitowa to albo fizyczna degradacja nośników pamięci (CD, taśmy magnetyczne, karty dziurkowane), albo zdarzenie powodujące uszkodzenie pamięci, takie jak uderzenie jonów.

— W5VO
źródło

Dominującym efektem jest zmniejszenie prądu upływu. W połączeniach Si P / N wokół temperatury pokojowej wyciek S / D do podłoża odbywa się zgodnie z procesem BB (tunelowanie pasma do pasma), które mają stałą podwajania około 8 stopni C. Tak więc dla każdego obniżenia temperatury o 8 stopni przeciek obecne połówki. jeśli ostygniesz od 25 ° C do mrozu, wyciek zmniejszy się do 1/8 tys.

— symbol zastępczy