LDPC编解码初探
目前SSD中ECC纠错代码主要两种BCH和LDPC。不过，随着SSD对ECC纠错技术要求越来越高，BCH纠错码开始有些吃力，所以，LDPC纠错码是发展趋势，也是最新最主流的纠错码。
为何需要LDPC？
我们先回顾一下NAND闪存的基础知识。在这里以MLC NAND为例。在MLC NAND中，有四个Vt level. 如下图，
随着P/E cycles的增加，MLC NAND的vt电压分布就会变大变宽，如下图，
当P/E cycle到了一定的数值之后，MLC NAND不同vt level之间就会有交叉，这样的话，就会引起数据读取错误，这时，就需要请出LDPC纠错码了。
LDPC编码
LDPC，是Low Density Parity Check Code的简称，翻译为中文就是“低密度奇偶校验码”。在1963年，LDPC第一次出现在R.G.Gallager博士发表的论文之中。LDPC码是一种稀疏校验矩阵线性分组码。为何称为“稀疏”呢？因为校验矩阵中的1要远小于0的数目，这样做的好处就是，译码复杂度低，结构非常灵活。
在LDPC编码中，会用到一个叫做H矩阵的校验矩阵(Parity Check Matrix)，比如，我们来看一个交单的H矩阵：
为了可以更加直观的理解H矩阵，可以借助Tanner图，来表示H矩阵：
左侧V1~V7是变量节点，右侧C1~C3是校验节点。变量节点和校验节点之间的连接线称为沿(edge)，也代表这H矩阵中的1. 每个节点上连接线(edge)的数目称为节点维度(Degree).
LDPC编码分为正则编码和非正则编码。正则编码中，横向和纵向中1的个数是固定的。非正则编码中，横向和纵向中1的个数不固定。举一个例子，正则LDPC编码矩阵：
在这个正则H矩阵中，横向维度Dr=4, 纵向维度Dc=3. Codeword长度=20.
与校验H矩阵对偶的矩阵，称为G矩阵，也是生成矩阵。构建优异的H校验矩阵，是不同SSD主控商实现LDPC的核心内容，每家都有各自的专利。
LDPC解码
在SSD内部的LDPC解码过程中，主要包括了两方面内容：硬解码(Hard Decode)和软解码(Soft Decode). LDPC解码的方法就是收到码字之后，与校验矩阵H相乘，如果是0矩阵，则说明收到的是正确码字。反之，则不正确码字，再根据相乘结果进行进一步纠错解码。
硬解码(Hard Decode):
信息传递(Messag passing)是LDPC硬解码常用的方法。校验节点和可变节点之间传递信息，进行迭代，直至所有的奇偶校验归0，则解码成功。
举个解码的例子：
迭代1：第一次信息传递迭代之后，Hard decode解码，此时n0,n4,n6仍为1.
迭代2：第二次信息传递迭代之后，Hard decode解码，此时n0仍为1.
迭代3：第二次信息传递迭代之后，Hard decode解码，奇偶校验归0.
软解码(Soft Decode):
软解码的原理是调整不同read level，根据读取结果后，判断bit是1或者0的概率，然后根据1或者0概率实现软解码, 如下图。
结语
本文我们简单的阐述了为何需要LDPC，LDPC编解码的基本原理。小编在此抛砖引玉，欢迎各位看官拍砖讨论。
精彩推荐:
-
浅析PCI配置空间
-
步入新时代 | PCIe 4.0带来了哪些惊喜？
-
PCIe SSD飞入寻常百姓家靠什么？
-
SCM+MLC/TLC NAND混合SSD性能探究
-
浅析企业级SSD Multi-Stream Write技术
-
企业级SSD发展趋势
-
2D NAND和3D NAND横向对比
-
第二代3D TLC NAND原厂级深度评测
-
为QLC保驾护航 | 慧荣科技亮出最新LDPC技术
-
SSD固态硬盘接口种类多，你了解多少？
-
写放大机制与影响因素详解
-
详解SSD之垃圾回收GC
-
SSD为什么需要Trim？
-
OP详解: 谁“偷”走了SSD的容量？
-
SSD性能优化之4K对齐
-
文件系统全记录回顾
-
快来看，SATA秘籍惊现江湖！！！
-
PCIe最全科普贴流出！不说了，赶快Mark！
-
独家发布 | Linux NVMe Driver学习笔记大合集
-
存储随笔《NVMe专题》大合集及PDF版正式发布！
更多精彩内容，敬请关注头条号【存储随笔】获取更多活动内容。
同时，也可以关注微信公众号: 存储随笔，Memory-logger.
