为什么LDPC码不适合工业存储

LDPC码被认为是当今3D TLC和QLC存储器中提高错误率的解决方案。然而它们并不适合每个市场。

低密度奇偶校验（LDPC）码是一种纠错码，渐增性用于需要通过信道进行高效信息传输的应用，存在来自卫星或地球发射机的视频广播等破坏性噪声。在过去十年中，LDPC码在闪存领域也越来越受到关注。广泛用于SLC和MLC闪存技术的BCH代码无法提供令人满意的性能，因为当今的3D TLC和3D QLC闪存的备用区域有限，因而被其他具有使用软解码能力的代码取代，例如LDPC码。尽管这些代码适用于某些应用，但它们却有两个主要缺点。

图1：目前可用的不同类型的闪存。每个单元存储的位越多，数据保留越低，故障位的数量越多。虽然SLC和MLC主要采用平面闪存技术制造，但TLC和QLC采用3D技术制造。

LDPC在某些领域的表现很好，但在其他领域只有平均水平

LDPC码对于具有高错误率的输入数据表现出优异的性能。很少有其他代码达到这种性能水平，因为它甚至接近理论最大值香农极限（Shannon limit）。另一方面，它们的性能对于输入数据来说很普通，几乎没有错误。对于少数输入错误，失败的错误纠正非常频繁 - 其他代码在这方面达到明显更好的结果。因此，LDPC码用于在低输入错误率的情况下偶然错误是可接受的情况，但是需要高错误率的高性能，例如，地面数字视频广播标准DVB-T。在这种情况下，失败的校正将导致视频流中几个像素的错误颜色 - 这是可接受的。对于另一种情况 - 输入数据中的大量错误 - 视频流将尽可能长时间保持不间断（例如黑屏）。

这种利弊关系解释NAND闪存控制器中LDPC码的出现。最新的NAND闪存技术显示出非常高的错误率 - 尤其是针对消费者市场的错误率。 LDPC码接近满足这些要求的理想条件。然而，还有其他市场偶尔的错误对于错误率低的输入数据是不可接受的。工业市场就是其中之一。系统级可靠性的一个共同标准是JEDEC企业规范：它要求整个工作寿命的速率小于10-16帧错误。令人印象深刻的是，LDPC码的性能接近NAND闪存的使用寿命，但它在内存的生命周期内并没有达到此要求，即闪存作为错误纠正输入的变化误码率 - 在开始时低，在生命结束时高。

LDPC性能只能估算

为了应对JEDEC的这种苛刻的规范，康斯坦茨应用科学大学和Hyperstone已经基于广义级联码（GCC）开发了不同的纠错码。在高输入错误率方面，它的性能不会超过 LDPC 代码。但是，它确实显示出低和中错误率明显更好的性能。主要优点是可以计算性能，因此可以保证所有输入错误率，而LDPC性能只能针对低和中错误率进行估算。有关这方面的详细说明，请参阅我们可免费下载的可靠闪存存储基础白皮书“错误纠正代码”。这意味着除了显示低至中的输入错误率的普通性能外，目前还不清楚LDPC将提供什么样确切的水平性能。这一事实完全使其无法在工业和企业存储市场中使用。

图2. Hyperstone最新的SSD控制器可以满足最高要求的应用可靠性。

最高要求的纠错功能

在Hyperstone最新闪存控制器中基于GCC的纠错功能与称为校准的机制密切配合。该机制确保闪存单元的读出电压始终处于最佳位置，从而在闪存整个生命周期内产生低至中等位的误码率。因此，纠错单元输入端的数据错误量保持在最佳输入条件下 - GCC纠错明显优于基于LDPC的纠错条件。虽然校准结合GCC改善了系统级性能，但它不会提升基于LDPC的误差校正，因为它将输入误差率从有利范围移到对LDPC较不有利的范围。

LDPC码是闪存控制器的纠错中的普遍代码。它们非常适合可接受偶发错误的消费性产品使用。在对可靠性要求很高的工业市场中，它们根本不适合。 GCC与先进的校准相结合，能够轻松满足工业市场的苛刻要求。