Phison は NAND ストレージのパフォーマンスと信頼性を強化し続けます

Phison が NAND ストレージの最先端を走り続ける高度なテクノロジーについて詳しく知る

Author スカイ・ハン | 2023 年 3 月 20 日 | 全て, テクノロジー

インテリジェンスの時代において、高速かつ信頼性の高いストレージソリューションは、ファクトリーオートメーション、自動車、農業、農業などの幅広い分野で不可欠です。 5Gネットワークそして宇宙アプリケーション。これらの環境では、大量のデータを迅速に処理すると同時に、長時間の連続運用におけるシステムの安定性も確保する必要があります。

Phison は、世界的なストレージソリューションのリーダーとして、高度なストレージソリューションを提供してきた 20 年以上の経験があります。埋め込みそして産業用ソリューション。擬似シングルレベルセルの組み合わせの使用 (pSLC) テクノロジー, 高度な誤り訂正符号 (ECC) そして機械学習 (ML), Phison のストレージ製品は、過酷な環境で動作する必要があるフラッシュストレージアプリケーションに最適です。地上でも海でも空でも宇宙で、顧客は Phison のストレージソリューションを信頼できます。

擬似SLCモード

最新の NAND セルはすべて pSLC モードで動作できます。この機能は、初期のマルチレベルセル (MLC) が 2009 年に初めて市場に登場して以来存在しています。pSLC 機能は、一般的なクライアントアプリケーションやエンタープライズアプリケーションではほとんど使用されませんが、産業、医療、自動車、航空、宇宙の書き込みには非常に役立ちます。集中的な使用例。 Phison は 10 年以上にわたり、これらの市場に pSLC ソリューションを提供してきました。

pSLC モードで使用されるセルは、専用 SLC と同じプログラミング速度と耐久性を備えていますが、最新の小型セルサイズと 3D 構成の恩恵を受け、全体のコストが削減されます。頻繁に上がる質問の 1 つは、もう少し容量が必要な場合の中間点として擬似 MLC (pMLC) モードが機能するかどうかです。残念ながら、NAND セルの背後にある物理学は現在そのオプションをサポートしていません。

NAND セルは水を入れたバケツに似ていますが、この場合、水は電子の山です。 pSLC では、バケットは空か空ではありません。空ではないレベル (またはより多くのビット) を追加するとすぐに、電子の数または電圧レベルをより正確に制御する必要があります。これは、セル充填プロセスに時間がかかることを意味し、物理ハードウェアへのストレスが増大し、セルの寿命が短くなります。 pSLC セルは高速書き込みが可能で最大 100,000 サイクル持続しますが、トリプルレベルセル (TLC) は 3,000 サイクルに制限されます。クアッドレベルセル (QLC) の最大値は約 1,200 です。仮に 5 ビットのペンタレベルセル (PLC) が商品化されたとしても、そのサイクル数は 600 未満になる可能性が高く、その有用性は大幅に制限されます。

現状では、TLC と QLC の両方が pSLC モードをサポートできます。このオプションは、従来の SLC に代わる大幅に安価な代替品です。また、通常の 3D NAND セルよりも優れたパフォーマンスと耐久性を提供します。 SLC のサイクル機能は役に立ちますが、高耐久性の製品を構築するには十分ではありません。 Phison では、要求の厳しいさまざまな環境においてユーザーデータが安全であることを保証することを最優先にしています。ここで高度な ECC が登場します。

高度なエラー訂正コード (ECC) テクノロジー

NAND フラッシュ業界で 20 年以上の経験を持つ Phison は、洗練されたエラー訂正コード (ECC) テクノロジーを開発してきました。現在の最先端技術は、低密度パリティチェック (LDPC) ECC アルゴリズムに基づいています。これは、数百万時間のテストを使用して構築された非常に効率的な統計モデルです。機械学習 (ML) に完全に基づいているわけではありませんが、それに近いものであり、以前の Bose よりもはるかに効率的です。

Chaudhuri-Hocquenghem (BCH) アルゴリズムモデル。 Phison の第 4 世代LDPC エンジンは、同社のすべての最新コントローラに搭載されています。また、製品の継続的な改善を確実にするために、次のLDPC エンジンの開発にも着手しました。

しかし、そもそもなぜ NAND モジュールのデータが破損するのでしょうか?熱と高速粒子 (太陽からの陽子と中性子) の両方により、細胞の全体的なエネルギーが増加します。このような原子粒子の衝突は、たとえ海面であっても常に発生しており、エレクトロニクスに大きな影響を与えます。逆に、時間の経過とともに電子が NAND セルから漏れ出すため、エネルギーレベルが低下します。セル電荷のこうした変動は均一ではありません。ここで ECC が登場し、SSD がデータの本来の内容を認識できるようになります。

信頼性向上：機械学習によるエラー回復フロー

LDPC は ML 技術に基づいていませんが、ML を使用して改善できます。 Phison は、詳細な NAND チャネルモデリングを使用することで、製品のパフォーマンス、保持力、信頼性をさらに強化しました。このテクノロジーは、ハードデコーダとソフトデコーダの 2 つの部分に分かれています。

新世代のハードデコーダ: Coarse Tune および Fine Tune ステップを備えた堅牢な読み取りレベル検索アルゴリズム

ハードデコーダは、データに付加された ECC ビットによって提供される直接情報を使用するため、このように名付けられました。 NAND セルの読み取り方法を変更することにより、ハードデコーダアルゴリズムは、多くの場合、1 回または 2 回の試行でデータを修正できます。効率を高める秘訣は、20 を超える読み取りモードのうちどれをいつ使用すべきかを知ることです。 ML に基づく選択方法を使用することで、回復の待ち時間を大幅に短縮できます。

セルからより多くの情報を取り出すために使用されるもう 1 つの手法には、境界線の電圧レベルが値 A を表すか値 B を表すかを決定するために選択閾値を歪めることが含まれます。読み取りの再試行と電圧閾値のすべての順列を反復することは確かに可能ですが、ML アルゴリズムは現在の状況に対して効果的ではないとわかっているステップをスキップすることで、より効率的にリカバリを実行できます。このような場合、信頼性と遅延の鍵となるのは、最適な読み取りレベルを検索する正確かつ効率的なアルゴリズムです。

Phison は、Coarse Tune と Fine Tune と呼ばれる 2 つのステージを備えた堅牢な ML アルゴリズムを開発しました。粗調整フェーズでは、現在の最適な読み取りレベルを動的に特定するために最大 3 回の読み取りが必要です。収束速度が向上し、さらに多くの効果が得られます。

他のソリューションよりも正確な予測結果が得られます。微調整フェーズでは、前の結果に基づいて残りのパラメーターを微調整します。正しい設定が特定されると、通常はその設定を NAND 上の他のデータページに使用できます。

新世代のソフトデコーダー: 自動調整された LLR を備えた ML ベースの予測モデル

ソフトデコーダは、NAND データが損傷しすぎてハードデコーダ技術では読み取れない場合に使用されます。このモードでは、追加のデコード情報が、特定のページ内のセルから 3 つの TLC ページ (または QLC の場合は 4 ページ) すべてを使用して取得されます。他の補間モードでは、物理的に隣接するページからのサンプリングが可能です。このモードでは速度は遅くなりますが、デコーダにより多くの情報が与えられるため、データの修正方法をより適切に決定できます。この時点で、ソフトデコーダが破損を修復できない限りデータは失われたとみなされ、速度はもはや問題になりません。優先順位を正しく設定するこのモードの別の用語は、「英雄的なエラー回復」です。

ソフトデコーダの目標は、デコード機能を最大化して元のデータを復元することです。指定されたチャネルモデルと最適なソフト読み取りオフセットが与えられると、最適な対数尤度比 (LLR) 値を計算できます。

最適な LLR 値を求める Phison の ML ベースの予測モデルは、自動校正 LLR (ACLLR) と呼ばれます。最適な LLR 予測は回帰として考えることができます。

機械学習における分類またはクラスタリングの問題。テスト結果は、Phison の ACLLR が標準の LLR よりも優れたデコード能力を備えていることを示しています。

pSLC、高度な ECC、ML アルゴリズムを備えた Phison の強力な研究開発能力は、優れたパフォーマンスと信頼性を実現します。同社のソリューションは、厳しい環境や要求の厳しいワークロードにとって理想的な選択肢です。卓越した品質と高性能を備えた Phison のストレージソリューションは、今日のペースの速いデジタル環境で競争力を求める企業にとって理想的な選択肢です。

Phison の非常に信頼性の高いストレージポートフォリオは、従来の 2.5 インチ、M.2 2280、M.2 2242 などに加え、ソルダーダウン BGA を含む幅広い産業グレードのフォームファクターを提供します。

- - SATAIII (MST360 シリーズ、Phison コントローラ搭載) PS3117-S17TI
  - PCIe Gen3 (Phison コントローラーを搭載した MPT160 シリーズ) PS5013-E13TI
  - PCIe Gen4 (Phison コントローラを搭載した MPD660 シリーズ) PS5018-E18DI