Теоретико-информационный анализ многоуровневой flash-памяти. Часть 2. Оценка параметров кодов, обеспечивающих заданную надежность хранения данных


https://doi.org/10.15217/issn1684-8853.2016.3.64

Полный текст:


Аннотация

Введение: многоуровневая flash-память благодаря высокой плотности записи занимает доминирующее место на рынке энергонезависимых устройств хранения данных и интенсивно 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 потенциальных возможностей помехоустойчивого кодирования для одной из основных моделей многоуровневой NAND flash-памяти в зависимости как от условий записи и хранения данных, так и заданного уровня надежности хранения данных. Результаты: в явном виде получены соотношения, связывающие между собой основные параметры гипотетических кодов, обеспечивающих заданный уровень надежности хранения данных для одной из возможных моделей flash-памяти, которая описывает страницу чипа памяти как систему с независимыми многоуровневыми ячейками. С использованием полученных соотношений устанавливаются обменные соотношения между скоростью гипотетического кода, его длиной и минимальным расстоянием. Показано, что функция, описывающая зависимость минимального расстояния кода от его скорости, имеет минимум, который соответствует параметрам (гипотетического) кода с наименьшим расстоянием и, следовательно, с потенциально невысокой сложностью декодирования. Скорости таких кодов для типичных случаев оказываются весьма близкими к пропускной способности канала (разница составляет примерно 2-3 %). Практическая значимость: полученные результаты позволяют оценить степень близости параметров конкретной схемы кодирования для flash-памяти к их предельным значениям. Показано, что для типичных значений параметров канала хранения данных flash-памяти минимальное расстояние гипотетического кода с потенциально невысокой сложностью декодирования составляет 4 или 5, а длины соответствующих кодов варьируются в пределах примерно от 600 до 900. При этом оказывается, что увеличение числа циклов перезаписи и (или) длительности хранения данных при сохранении требуемой надежности хранения данных приводит к уменьшению длины гипотетического кода с потенциально невысокой сложностью декодирования.

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. Трофимов А. Н., Таубин Ф. А. Теоретико-информационный анализ многоуровневой flash-памяти. Ч. 1: Модель канала и границы случайного кодирования // Информационно-управляющие системы. 2016. № 2. С. 56-67. doi:10.15217/issn1684-8853.2016.2.56

2. Sun F., Devarajan S., Rose K., Zhang T. Design of On-Chip Error Correction Systems for Multilevel NOR and NAND Flash Memories // IET Circuits Devices and Systems. 2007. Vol. 1. N 3. P. 241-249.

3. 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).

4. Kurkoski B. M. The E8 Lattice and Error Correction in Multi-Level Flash Memory // Proc. of the IEEE Intern. Conf. on Communications, 5 June-9 June 2011, Kyoto, Japan. 2011. P. 1-5.

5. Dong G., Xie N., Zhang T. On the Use of Soft-Decision Error-Correction Codes in NAND Flash Memory // IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. 2011. Vol. 58. N 2. P. 429-439.

6. Li S., Zhang T. Improving Multi-Level NAND Flash Memory Storage Reliability Using Concatenated BCH-TCM Coding // IEEE Transactions on VLSI Systems. 2010. Vol. 18. N 10. P. 1412-1420.

7. Xu Q., Gong P., Chen T. M. Concatenated LDPC-TCM Coding for Reliable Storage in Multi-level Flash Memories // Proc. of the 9th Intern. Symp. on Communication Systems, Networks & Digital Signal Processing (CSNDSP 2014). July 2014. P. 166-170.

8. Kurkoski B. M. Coded Modulation Using Lattices and Reed-Solomon Codes, with Applications to Flash Memories // IEEE Transactions on Selected Areas in Communications. 2014. Vol. 32. N 5. P. 900-908.

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 // Intern. 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. Chase D. A Class of Algorithms for Decoding Block Codes with Channel Measurement Information // IEEE Transactions on Information Theory. 1972. Vol. 18. N 1. P. 170-182.

11. Weldon E. Decoding Binary Block Codes on Q-ary Output Channel // IEEE Transactions on Information Theory. 1971. Vol. 17. N 6. P. 713-718.

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

13. Clark G., Cain J. Error-Correction Coding for Digital Communications. - N. Y.: Plenum Press, 1981. - 422 p.

14. Van Lint J. H. Introduction to Coding Theory (Graduate Texts in Mathematics, vol. 86). 3rd edition. - Berlin: Springer, 1999. - 227 p.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Трофимов А.Н., Таубин Ф.А. Теоретико-информационный анализ многоуровневой flash-памяти. Часть 2. Оценка параметров кодов, обеспечивающих заданную надежность хранения данных. Информационно-управляющие системы. 2016;(3):64-71. https://doi.org/10.15217/issn1684-8853.2016.3.64

For citation: Trofimov A.N., Taubin F.A. Information Theory Analysis for Multilevel Flash Memory. Part 2. Evaluation of Code Parameters for Given Data Storage Reliability. Information and Control Systems. 2016;(3):64-71. (In Russ.) https://doi.org/10.15217/issn1684-8853.2016.3.64

Просмотров: 27


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


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