以下內(nèi)容根據(jù)現(xiàn)場演講速記整理(未經(jīng)演講人嚴(yán)格校對，僅供參考學(xué)習(xí))：

今天，我想分享的主題是“固態(tài)存儲系統(tǒng)中ECC的演進(jìn)與優(yōu)化”。ECC在通信信號處理和數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域都非常關(guān)鍵，特別是在主控芯片中，ECC功能實(shí)現(xiàn)占據(jù)了大量芯片面積。

我們首先關(guān)注數(shù)據(jù)存儲所面臨的挑戰(zhàn)。

第一個(gè)挑戰(zhàn)是數(shù)據(jù)存不下的問題。數(shù)據(jù)爆炸式增長，現(xiàn)有存儲的容量增速跟不上這種增長速度。雖然當(dāng)前存儲尚可應(yīng)對，但長遠(yuǎn)來看，存儲容量不足是一個(gè)必然的問題。

第二個(gè)挑戰(zhàn)是如何在不可靠的存儲介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)存儲。不同類型的存儲介質(zhì)，如固態(tài)存儲、磁存儲和光存儲，它們的可靠性都不是絕對的。我們需要從器件底層和信號處理（包括ECC）等方面來提高數(shù)據(jù)存儲的可靠性。

第三個(gè)挑戰(zhàn)是滿足復(fù)雜業(yè)務(wù)需求下對存儲性能的要求，如低延時(shí)、高并發(fā)性和安全性等。

最后一個(gè)挑戰(zhàn)是持續(xù)追求綠色低碳的目標(biāo)，特別是如何用較低的能耗存儲大量數(shù)據(jù)。

如今固態(tài)存儲被廣泛應(yīng)用，但由于NAND可靠性相對較低，我們在研發(fā)SSD主控時(shí)，不得不尋求從不同層面提升其存儲可靠性。

過去多年以來，為了追求更高的存儲容量，我們不斷縮小芯片制程尺寸，并采用多電平技術(shù)，采用3D垂直存儲。這種技術(shù)雖然提升了存儲容量，但同時(shí)也降低了存儲可靠性。

在信道分析方面，我們觀察到，在不斷的擦寫（P/E）過程中，原始誤碼率不斷增加，導(dǎo)致閃存信道不斷惡化。這種情況下，如何設(shè)計(jì)更加適合的ECC成為一個(gè)挑戰(zhàn)。

由于存儲內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，我們需要考慮不同層次的原始誤碼率。在通信領(lǐng)域，信道相對簡單，但在flash存儲中，不同層的特性不一，這導(dǎo)致傳統(tǒng)的信道編碼方法不再適用。

為了提高可靠性，我們采用了先進(jìn)的信號處理技術(shù)（DSP）來提升信道檢測的性能，在前期檢測階段可以大幅降低原始誤碼率。另外，還采用ECC差錯控制編碼技術(shù)，來糾正更多的錯誤。

主控芯片內(nèi)部的數(shù)據(jù)流涉及多個(gè)ECC環(huán)節(jié)，這些ECC環(huán)節(jié)在數(shù)據(jù)傳輸和存儲的不同階段有不同的要求。

對固態(tài)數(shù)據(jù)存儲而言，隨著從單層SLC到多層閃存的發(fā)展，誤碼率增加的同時(shí)，對ECC的要求也隨之提升。最初我們使用的是BCH碼，這是一種代數(shù)碼。隨著原始誤碼率的增加，我們改進(jìn)了BCH碼，并開始使用LDPC碼，從短碼發(fā)展到更長的碼，以提升糾錯性能。

對于LDPC碼，我們采用了硬判決和軟判決的方法。在初期，可以使用硬判決，而后期則需要使用軟判決。

我們對ECC的優(yōu)化設(shè)計(jì)需要考慮到信道動態(tài)匹配，也要考慮譯碼結(jié)構(gòu)，好的譯碼結(jié)構(gòu)對于高吞吐量非常重要。此外，還要考慮實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，要能夠快速收斂，如果迭代的次數(shù)過多，那就會對時(shí)延帶來很大影響。

我曾經(jīng)從事通信領(lǐng)域的研究，后來轉(zhuǎn)向存儲領(lǐng)域。我發(fā)現(xiàn)，無論是通信還是存儲，它們的本質(zhì)都是實(shí)現(xiàn)信息的傳輸，區(qū)別僅在于通信是在空間上進(jìn)行信息傳輸，而存儲則是在時(shí)間軸上進(jìn)行。因此，通信領(lǐng)域的技術(shù)同樣適用于數(shù)據(jù)存儲。

ECC的發(fā)展歷史悠久，從最早的糾錯碼、格雷碼、漢明碼、卷積碼，到BCH碼和RS碼，這些都是很好的代數(shù)碼，但代數(shù)碼缺乏好的譯碼算法，所以，在閃存的應(yīng)用中逐步被LDPC碼替代了。

LDPC碼在60年代就出現(xiàn)了，但由于算力有限，它的譯碼就沒有辦法來實(shí)現(xiàn)。隨著計(jì)算處理能力的提升，LDPC碼的譯碼成為可能。隨著糾錯碼的發(fā)展，譯碼算法也在不斷優(yōu)化和進(jìn)步，我們看到，第五代通信中開始使用極化碼。

我們通過圖表展示了不同編碼的糾錯能力和容量線逼近程度。從圖中可以看出，不同碼的糾錯能力不同，左側(cè)漢明碼的糾錯能力很差，越靠右，糾錯能力越強(qiáng)。

前面對LDPC做了介紹，最近，全局耦合LDPC碼（GC-LDPC碼）在通信和存儲領(lǐng)域都顯示出了良好的應(yīng)用前景。

它最大的特點(diǎn)是可以并行譯碼，以提高譯碼速度，這樣一來，在閃存使用的初期僅使用短碼就可以。到后期，隨著誤碼率增加，就可以用全局耦合的LDPC碼，它有很高的吞吐率，并行度和收斂方面也有很好的性能，可以提升它的糾錯能力

然而，全局耦合的LDPC碼也有一些問題。首先，在編碼時(shí)的復(fù)雜度會有些提高。而且，譯碼過程中如有全局譯碼不通過的情況，它需要把前面所有的譯碼塊都帶進(jìn)來，重新進(jìn)行譯碼，這樣會造成時(shí)延的增加。

因此，我們提出了改進(jìn)型的GC-LDPC碼，對它的較驗(yàn)矩陣進(jìn)行了全新的優(yōu)化。優(yōu)化后降低了編碼復(fù)雜度，同時(shí)，在全局譯碼過程中，碼塊譯碼成功后，就不需要重新譯碼了。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，到跟傳統(tǒng)的碼相比來說，改進(jìn)后的GC-LDPC性能有一個(gè)比較大的提升。

總的來說，隨著閃存容量的增加，它對ECC提出了更高要求。而新型的GC-LDPC碼能夠很好地適應(yīng)這些要求，提高存儲系統(tǒng)的可靠性和性能。前期可以通過并行分布進(jìn)行譯碼，后期，當(dāng)信道比較差的時(shí)候，則通過引入全局迭代來提升糾錯能力。

最后，我想簡單介紹一下我們的團(tuán)隊(duì)。我們的團(tuán)隊(duì)包括十多名老師和60至70名學(xué)生，我們不僅研究通信，還研究數(shù)據(jù)存儲。

我們的研究方向包括器件特性分析、信道建模、LDPC硬件實(shí)現(xiàn)和DNA數(shù)據(jù)存儲等。在DNA數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域，ECC需要解決的錯誤類型與傳統(tǒng)通信領(lǐng)域不同，這也是我們研究的重點(diǎn)之一。

感謝大家的聆聽，這就是我的分享。

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