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即将上位的QLC/PLC NAND,主控厂拿什么去拯救越来越差的擦写寿命?

* 来源 : * 作者 : admin * 发表时间 : 2019-09-09


随着3D NAND技术的快速发展,三星、东芝/西部数据、美光、SK海力士等已实现了从2D平面全面向3D NAND的转移,2019下半年,各大原厂正积极提高92/96层3D NAND产量,并继续推动100+层3D NAND发展,预计2020年将有产品面世。

在3D NAND堆叠高度的不断增加下,NAND Flash单位存储密度已可高达1Tb,且TLC已广泛的应用在嵌入式产品、固态硬盘及企业级存储中,同时三星、英特尔/美光、东芝自去年开始就相继推出QLC系列产品,推进QLC产品的大规模生产。不仅如此,东芝和西部数据已经开始计划第五代到第七代BiCS闪存的研发和生产,并开始了5bit PLC的NAND研发,即每个单元可以存储5bit。

3D NAND更高密度的快速转变,以及需要增加吞吐量以支持使用PCIe 4.0和最终PCIe 5.0的下一代NVMe SSD应用,强大的低密度奇偶校验(LDPC)纠错对于NAND控制器来说至关重要,在重要性日渐凸显的纠错领域,9月19日,中国闪存市场峰会(CFMS2019)不仅齐聚全球三大主控厂商,CODELUCIDA团队也将携FAID™新型LDPC技术解决方案亮相CFMS2019。

 

为什么随着NAND密度的增加,主控芯片纠错能力的重要性更大?

NAND Flash由最初的SLC发展到目前的QLC,虽然存储密度获得了很大的提高,单位Bit的成本得到极大降低,但是也带来性能缺陷。正常来讲,性能&可靠性对比是SLC>MLC>TLC>QLC,随着每个cell的bit数量的增加,读写寿命逐渐变短,速度变慢,能耗高,另外,一个主要的缺点是出错概率大。

 

造成出错的主要原因是当每个cell存储多个bit时,相比SLC,存储单元之间的干扰就会增大。因此MLC,TLC乃至QLC对主控芯片和差错控制技术提出了更高的要求,而纠错技术也从BCH过渡到了LDPC。随着工艺的不断进步,下一代NAND存储单元所容纳的Bit数量会越来越多,对算法的纠错能力要求也会越来越高。

在高密度存储中,每个cell bit数量增加,互相干扰增大,擦写次数增加,存储结构中的氧化层会遭到破坏,捕获电子的能力越差,影响产品寿命,因此有效的纠错编码能够降低干扰,有效的延长产品寿命。

FAID™ LDPC纠错,具有高度可扩展的吞吐量和低功耗,可支持下一代NAND

CODELUCIDA团队结合市场需求开发了一种名为FAID™新型LDPC技术,以应对下一代NAND的挑战。FAID™使用独特的专利编码和解码算法,这些算法本身更简单但在纠错能力方面更强,以满足NAND的极低错误率要求。

由FAID™实现的译码器和编码器复杂度如下图。吞吐量可以增加10倍,译码器复杂度仅增加2倍。即使对于更高的吞吐量,编码器复杂度仍保持相同,最多是译码器复杂度的 7%。

 

FAID™支持完全灵活的架构,以适应多种码率和信息长度。可以提供定制化解决方案以满足特定存储应用和所使用的特定NAND芯片要求,以使增益最大化。该技术将促进存储产业朝着高密度方向发展。

FAID™技术优势:

传统的LDPC解决方案可能消耗大量功率以满足不断增长的吞吐量要求,并倾向于依赖复杂的错误恢复方案和复杂的管理策略。特别是对于采用FPGA实现的NAND控制器,传统的LDPC解决方案由于所需资源太大而无法满足低成本FPGA的所需吞吐量,这对于在FPGA中实现NAND控制器的供应商来说是一项艰巨的挑战。

与传统的LDPC解决方案相比,Codelucida的 FAID™的主要优势包括:
•单个 IP 核(单核)实例可实现 10 倍的吞吐量增长;
•功耗和资源使用至少减少 2 倍,特别是对于高吞吐量应用;
•纠错能力增加10%-15%,因此可得到原始误码率(RBER)的增加;
•错误率降低四个数量级,大大降低了使用读取重试或软读取的频率,从而降低延迟提高了驱动器性能;
•不使用LLR,这极大地简化了NAND控制器的管理;
•无误码平层可实现NAND存储的极低错误率要求。
 
【关于CODELUCIDA】
 CODELUCIDA总部位于美国亚利桑那州图森市,提供颠覆性的 LDPC 定制化设计纠错解决方案,以支持下一代 NAND和其他新兴存储器,以及更广泛的存储和通信应用。

CODELUCIDA正迅速赢得 FPGA 和 ASIC NAND控制器芯片制造商业界的关注。该技术已被 FPGA 客户使用并且已被验证为具有业内更低的FPGA 资源使用率,该技术还针对 28nm 的 ASIC 设计进行了验证。Codelucida 还与 NAND芯片制造商直接建立了合作伙伴关系, 以确保最新的 NAND芯片使用该技术所获得的收益。