Теоретико-информационный анализ многоуровневой flash-памяти. Часть 1. Модель канала и границы случайного кодирования


https://doi.org/10.15217/issn1684-8853.2016.2.56

Полный текст:


Аннотация

Введение: flash-память представляет собой один из наиболее быстро растущих сегментов глобальной полупроводниковой индустрии. Благодаря неуклонно возрастающей плотности записи, высокой скорости записи/считывания, низкому энергопотреблению и продолжительному сроку службы, flash-память используется для хранения данных в весьма обширной сфере приложений. Повышение плотности записи, достигаемое за счет уменьшающегося физического размера ячейки наряду с возрастающим количеством используемых состояний, приводит к снижению надежности хранения данных, что требует использования помехоустойчивого кодирования. Цель: исследование теоретически достижимых значений основных параметров помехоустойчивого кодирования для модели многоуровневой NAND flash-памяти в зависимости от условий записи и хранения данных. Результаты: получены теоретически допустимые пределы скорости кодирования, для которых возможно построение надежных систем хранения данных для одной из возможных моделей flash-памяти, которая описывает страницу чипа памяти как систему с независимыми многоуровневыми ячейками. Для этой модели находятся границы случайного кодирования в форме, допускающей получение численных результатов. С использованием полученных границ устанавливаются обменные соотношения между предельно возможной скоростью кодирования и такими ключевыми параметрами, как число циклов перезаписи и время хранения данных. Рассмотрена возможность гауссовой аппроксимации канала записи/считывания. Эта аппроксимация оказывается в ряде случаев достаточно точной, что позволило получить точные оценки вычислительной скорости R0* в явном виде как функций от параметров гауссовых аппроксимаций. Показано, что во многих случаях величины пропускной способности и вычислительной скорости оказываются близкими - разница между ними составляет величину от долей процента до нескольких процентов. Практическая значимость: благодаря полученным результатам можно достаточно точно оценить степень снижения предельно достижимой плотности записи в многоуровневой NAND flash-памяти, связанную с ростом числа циклов перезаписи и увеличением длительности хранения данных. Это дает возможность, в частности, указать такие граничные значения числа циклов перезаписи и длительности хранения данных, при которых обеспечивается требуемая предельно достижимая плотность записи.

Об авторах

А. Н. Трофимов
Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения
Россия


Ф. А. Таубин
Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения
Россия


Список литературы

1. Nonvolatile Memory Technologies with Emphasis on Flash: A Comprehensive Guide to Understanding and Using Flash Memory Devices/ J. E. Brewer, M. Jill, editors. - Wiley-IEEE Press, 2008. - 792 p.

2. Bez R., Camerlenghi E., Modelli A., Visconti A. Introduction to Flash Memory// Proc. of the IEEE. 2003. Vol. 91. N 4. P. 489-502.

3. Yan Li, et al. A 16 Gb 3b/cell NAND Flash Memory in 56 nm with 8 MB/s Write Rate/Li Yan, Lee Seungpil, Fong Yupin, Pan Feng, Kuo Tien-Chien, Park Jong, T. Samaddar, Nguyen Hao, Mui Man, Htoo Khin, T. Kamei, M. Higashitani, E. Yero, Kwon Gyuwan, P. Kliza, Wan Jun, T. Kaneko, H. Maejima, H. Shiga, M. Hamada, N. Fujita, K. Kanebako, E. Tarn, A. Koh, I. Lu, C. Kuo, Pham Trung, J. Huynh, Nguyen Qui, H. Chibvongodze, M. Watanabe, K. Oowada, G. Shah, Woo Byungki, Gao Ray, J. Chan, J. Lan, P. Hong, Peng Liping, D. Das, D. Ghosh, V. Kalluru, S. Kulkarni, R. Cernea, S. Huynh, D. Pantelakis, Wang Chi-Ming, K. Quader // Proc. of the IEEE Intern. Solid-State Conf. (ISSCC/8). Feb. 3-7, 2008. P. 506-507.

4. Shibata N., et al. A 70 nm 16 Gb 16-level NAND Flash Memory / N. Shibata, H. Maejima, K. Isobe, K. Iwasa, M. Fujiu, M. Nakagawa, T. Shimizu, M. Honma, S. Hoshi, T. Kawaai, K. Kanebako, S. Yoshikawa, H. Tabata, A. Inoue, T. Takahashi, T. Shano, Y. Komatsu, K. Nagaba, M. Kosakai, N. Motohashi, K. Kanazawa, K. Imamiya, Nakai H. Nakai, M. Lasser, M. Murin, A. Meir, A. Eyal, M. Shlick // IEEE Journal on Solid-State Circuits. 2008. Vol. 43. N 4. P. 929-937.

5. Yaakobi E., et al. Error Correcting Coding for Flash Memories / E. Yaakobi, J. Ma, A. Caulfield, L. Grupp, S. Swanson, P. H. Siegel, J. K. Wolf // CMRR Report. San Diego: University of California; Center for Magnetic Recording Research. Winter 2009. N 31. P. 6.

6. Yaakobi E., et al. Error Characterization and Coding Schemes for Flash Memories/ E. Yaakobi, J. Ma, A. Caulfield, L. Grupp, S. Swanson, P. H. Siegel, J. K. Wolf // IEEE Global Communications Workshop on Application of Communication Theory to Emerging Memory Technologies (ACTEMT 2010). Miami, FL, USA, Dec. 6-10, 2010. P. 1856-1860.

7. Wang X., Dong G., Pan L., Zhou R. Error Correction Codes and Signal Processing in Flash Memory. Ch. 3 in “Flash Memories”/ Prof. Igor Stievano (Ed.). 2011. http://www.intechopen.com/books/flash-memories/ error-correction-codes-and-signalprocessing-in-flash-memory (дата обращения: 26.10.2014).

8. Dong G., et al. Estimating Information-Theoretical NAND Flash Memory Storage Capacity and its Implication to Memory System Design Spaee Exploration / G. Dong, Y. Pan, N. Xie, C. Varanasi, T. Zhang // IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems. 2012. Vol. 20. N 9. P. 1705-1714.

9. Huang X., et al. Multilevel Flash Memories: Channel modeling, Capacities and Optimal Coding Rates / X. Huang, A. Kavcic, X. Ma, G. Dong, T. Zhang // International Journal on Advances in Systems and Measurement. 2013. Vol. 6. N 3&4. P. 364-373. http:// www.iariajournals.org/systems_and_measurements/ sysmea_v6_n34_2013_paged.pdf (дата обращения: 26.10.2014).

10. Sun F., Rose K., Zhang T. On the Use of Strong BCH Codes for Improving Multilevel NAND Flash Memory Storage Capacity. http://www.researchgate.net/ publication/254376882_On_the_Use_of_Strong_ BCH_Codes_for_--Improving_Multilevel_NAND_ Flash_Memory_Storage_Capacity (дата обращения: 26.10.2014).

11. Gallager R. G. Information Theory and Reliable Communication. - N. Y.: John Wiley & Sons, 1968. - 588 p.

12. Viterbi A. J., Omura J. K. Principles of Digital Communication and Coding. - N. Y.: McGraw-Hill, 1979. - 560 p.

13. Wozenkraft J. M., Jacobs I. M. Principles of Communication Engineering. - N. Y.: John Wiley & Sons, 1968. - 720 p.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Трофимов А.Н., Таубин Ф.А. Теоретико-информационный анализ многоуровневой flash-памяти. Часть 1. Модель канала и границы случайного кодирования. Информационно-управляющие системы. 2016;81(2):56-67. https://doi.org/10.15217/issn1684-8853.2016.2.56

For citation: Trofimov A.N., Taubin F.A. Information Theory Analysis of Multilevel Flash Memory Part 1. Channel Model and Random Coding Bounds. Information and Control Systems. 2016;81(2):56-67. (In Russ.) https://doi.org/10.15217/issn1684-8853.2016.2.56

Просмотров: 37


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1684-8853 (Print)
ISSN 2541-8610 (Online)