一文解析NAND閃存存儲系統(tǒng)中實現(xiàn)低故障率不僅需要強大的ECC代碼

該行業(yè)非常重視單個ECC代碼的強度：但經常被忽視的是錯誤預防的強度，這在糾正甚至發(fā)揮作用之前是重要的。

我們如何在基于NAND閃存的系統(tǒng)中實現(xiàn)最低的故障率？您可能已在工程團隊或存儲系統(tǒng)供應商之間進行過此次討論。正在采取哪些措施來確保您獲得的質量解決方案不僅可以有效地糾正將發(fā)生的不可避免的錯誤，而且建立一個如此強大的系統(tǒng)結構，可以防止一開始錯誤發(fā)生？

隨著NAND閃存的工藝幾何尺寸縮小，誤碼率不斷增加，從而導致系統(tǒng)故障率降低。任何了解SD卡，USB閃存驅動器和其他基于NAND閃存的解決方案基礎知識的人都知道，控制這些最小化故障率的關鍵組件是NAND閃存控制器。您可能熟悉此組件并討論過糾錯碼（ECC）強度。是否想過在這個小包裝里面究竟出現(xiàn)什么？閃存控制器為防止故障發(fā)生做了什么？ECC是一組不同構建塊當中的一個單元。系統(tǒng)設計相當良好，其可靠性和防錯功能在整個進程陣列中交錯，包括用于不可避免的位錯誤的ECC。若想要老板留下深刻印象并且為工作項目提供更多有價值的事物，建議您應該繼續(xù)閱讀，因為我們會解釋極為強大的閃存控制器功能。

甚至在系統(tǒng)組裝之前，無論是在內部還是通過系統(tǒng)集成商，都有一個重要的規(guī)劃標準進入閃存認證。換句話說，閃存控制器應該與正確的閃存策略配對。那么資格認定究竟是什么意思呢？資格認證不僅意味著控制器將使用選定的閃存。最重要的是，它意味著測試，而且不僅僅是少數(shù)。在海派世通，我們確保組合已經徹底測試過。首先是表征閃存本身。通過不同使用情況在所有生命周期階段中廣泛測試NAND閃存來完成表征。該知識有助于正確設計糾錯單元，提取用于糾錯的軟解碼的對數(shù)似然比（LLR）表，并實現(xiàn)最有效的整體錯誤恢復流程。

在規(guī)劃設計時，大多數(shù)公司會討論與總體成本相關的閃存，但許多人忘記考慮閃存的行為，因為它們的體系結構，環(huán)境和它們所暴露的用例。每種方案都需要獨特的處理，校正和恢復選項，以實現(xiàn)最佳結果。這種表征活動非常重要，因為所有收集的數(shù)據都能夠以最準確和最有效的方式驗證工具。復雜且經過深思熟慮的資格認證是穩(wěn)健和穩(wěn)定系統(tǒng)的基礎工作。對于要求苛刻的系統(tǒng)，與系統(tǒng)集成商一起質疑和討論資格認證過程是值得的?；蛘?，如果內部設計解決方案以獲得更大的靈活性，請直接向控制器公司咨詢。雖然可靠的認證設置了成功的系統(tǒng)，但校準和控制器功能（如讀取干擾管理，磨損均衡和動態(tài)數(shù)據刷新）更像是直接的錯誤預防。

有效的校準過程可以在器件的整個壽命期間保持低誤碼率，同時動態(tài)地適應存儲器單元中的閾值電壓的變化。有許多干擾會影響電池的閾值電壓：編程和擦除循環(huán)，讀取干擾，數(shù)據保留溫度變化等。閃存不會自動跟蹤閾值變化。相反，閃存控制器會決定何時需要校準并執(zhí)行合適的操作序列。

如下所述，校準改變了電池的參考電壓。由于不同的塊或頁面可能會遇到不同的干擾，因此一頁的最佳校準不一定適用于另一頁。

此外，諸如磨損均衡（WL），讀干擾管理（RDM），跡近錯失ECC和動態(tài)數(shù)據刷新（DDR）之類的錯誤預防機制協(xié)同工作，以管理數(shù)據到閃存上有效和可靠的傳輸。磨損均衡可確保閃存或存儲系統(tǒng)中的所有塊同時接近其定義的擦除周期預算，而不是之前接近它的某些塊。讀取干擾管理計算對閃存的所有讀取操作。如果達到某個閾值，則刷新周圍區(qū)域。跡近錯失ECC刷新應用程序讀取的所有數(shù)據超過配置的錯誤閾值，而動態(tài)數(shù)據刷新掃描讀取所有數(shù)據并將所有塊的錯誤狀態(tài)標識為后臺操作。如果在此掃描讀取中超過每個塊或ECC單元的特定閾值錯誤，則觸發(fā)刷新操作。這些功能通常由不同的控制器公司以不同的方式命名，并最終以其背后的邏輯和算法為目標，同時針對共同的目標，以不同的方式達到它人們應該與他們的控制器公司建立密切的關系，以便了解這些功能如何與合格的閃光燈協(xié)同工作。

最后，糾錯已經成為閃存控制器中最著名和最重要的任務之一，而錯誤預防應該在其價值方面承擔更多的重量，錯誤糾正的復雜性和強度最終使它成為最有價值的蛋糕控制器的機制。在考慮面積和功率限制時，糾錯編碼變得越來越困難。隨著對糾錯能力的需求不斷增加，舊代碼不再能夠基于最新閃存中可用的有限備用區(qū)域來提供所需的校正性能。

為了提供最佳解決方案，海派世通開發(fā)了自己的糾錯引擎，這是一種基于廣義級聯(lián)碼的硬判決和軟判決糾錯模塊。該代碼構造提供的巨大優(yōu)勢在于一個特定方面：可以分析地確定每個代碼字中的可校正錯誤的數(shù)量。這意味著對于每個碼字，糾錯可以保證一定程度的校正性能。對于所有可用的閃存，指定了保證誤碼率，可以保證在指定參數(shù)內的可靠操作。

當數(shù)據從閃存中讀回并傳遞到糾錯模塊時，判斷哪些位錯誤僅基于添加到碼字中的冗余信息。僅使用此信息意味著對于每個比特，它同樣可能是正確的或不正確的。使用所謂的軟信息考慮概率，其指示接收的比特是接收的比特的可能性或者是否是另一個值（比特可以是“零”或“一個”）的可能性。這些概率取自所謂的對數(shù)似然表（LLR）表，這些表已經生成并且已經存儲在控制器中的查找表中。使用該信息，糾錯現(xiàn)在具有更多輸入：對于每個單獨的比特，概率信息現(xiàn)在指示該比特被接收的可能性，例如，收到零，有74％的信心，原始值為零。糾錯具有明確的指示，哪些位可能是錯誤的，哪些位不太可能是錯誤的。該附加信息顯著增加了糾錯的糾正能力。

閃存控制器是確保閃存可靠和安全處理的關鍵組件。它們處理一系列功能，旨在有效地管理閃存上的數(shù)據傳輸，并且不僅可以進行糾錯，還可以防止錯誤。但是，這些功能都是以不同的方式設計，并且取決于公司的業(yè)務模式和重點，您的控制器可以做到最低限度。在海派世通，我們稱之為高質量的功能，機制和復雜過程，旨在提高FlashXE?eXtendedEndurance生態(tài)系統(tǒng)的耐用性，從而提高閃存的可靠性。