Phison, NAND 스토리지 성능 및 신뢰성을 지속적으로 향상

Phison을 NAND 스토리지의 최첨단으로 유지하는 고급 기술에 대해 자세히 알아보십시오.

작가 스카이 헝 | 2023년 3월 20일 | 모두, 기술

지능화 시대에 공장자동화, 자동차, 농업, 5G 네트워크 그리고 우주 응용 프로그램. 이러한 환경에서는 대량의 데이터를 신속하게 처리하는 동시에 장기간 연속 운영을 위한 시스템 안정성을 보장해야 합니다.

글로벌 스토리지 솔루션 리더인 Phison은 20년 이상의 고급 스토리지 솔루션 제공 경험을 보유하고 있습니다. 임베디드 및 산업 솔루션. pseudo single-level-cell 조합 사용 (pSLC) 기술, 고급 오류 수정 코드(ECC) 그리고 기계 학습(ML), Phison의 스토리지 제품은 극한 환경에서 작동해야 하는 플래시 스토리지 애플리케이션을 위한 최적의 선택입니다. 지상이든, 해상이든, 공중이든, 우주에서, 고객은 Phison의 스토리지 솔루션을 신뢰할 수 있습니다.

의사 SLC 모드

모든 최신 NAND 셀은 pSLC 모드에서 작동할 수 있습니다. 이 기능은 초기 MLC(다중 레벨 셀)가 2009년 처음 시장에 출시된 이후부터 존재해 왔습니다. pSLC 기능은 일반적인 클라이언트 또는 엔터프라이즈 애플리케이션에서는 거의 사용되지 않지만 산업, 의료, 자동차, 항공 및 우주 쓰기에 매우 유용합니다. 집중적 인 사용 사례. Phison은 10년 넘게 이러한 시장에 pSLC 솔루션을 제공해 왔습니다.

pSLC 모드에서 사용되는 셀은 전용 SLC와 동일한 프로그래밍 속도와 내구성을 갖지만 최신 셀 크기와 3D 구성의 이점을 통해 전체 비용을 절감합니다. 자주 제기되는 한 가지 질문은 pMLC(pseudo MLC) 모드가 조금 더 많은 용량이 필요한 사용자를 위한 중간 지점으로 작동할 수 있는지 여부입니다. 불행하게도 NAND 셀 이면의 물리학은 현재 해당 옵션을 지원하지 않습니다.

NAND 셀은 물을 담는 양동이와 비슷하지만 이 경우 물은 전자 더미입니다. pSLC를 사용하면 버킷이 비어 있거나 비어 있지 않습니다. 비어 있지 않은 수준(또는 더 많은 비트)을 추가하자마자 전자의 수 또는 전압 수준을 훨씬 더 정확하게 제어해야 합니다. 즉, 셀 채우기 프로세스가 더 오래 걸리므로 물리적 하드웨어에 더 많은 스트레스가 발생하고 셀 수명이 단축됩니다. pSLC 셀이 빠르게 쓸 수 있고 최대 100,000주기까지 지속되는 반면 TLC(트리플 레벨 셀)는 3,000주기로 제한됩니다. 쿼드 레벨 셀(QLC)은 최대 약 1,200개입니다. 5비트가 있는 펜타 레벨 셀(PLC)이 상용화되면 주기가 600 미만이 되어 유용성이 크게 제한될 것입니다.

현재 상태로는 TLC와 QLC 모두 pSLC 모드를 지원할 수 있습니다. 이 옵션은 기존 SLC에 비해 훨씬 저렴한 대안입니다. 또한 일반 3D NAND 셀보다 향상된 성능과 내구성을 제공합니다. SLC의 사이클링 기능은 도움이 되지만 내구성이 높은 제품을 만들기에는 충분하지 않습니다. Phison의 최우선 순위는 광범위한 까다로운 환경에서 사용자 데이터를 안전하게 보호하는 것입니다. 여기에서 고급 ECC가 필요합니다.

고급 오류 수정 코드(ECC) 기술

Phison은 NAND 플래시 업계에서 20년 이상의 경험을 바탕으로 정교한 오류 수정 코드(ECC) 기술을 개발했습니다. 최신 기술은 저밀도 패리티 검사(LDPC) ECC 알고리즘을 기반으로 합니다. 수백만 시간의 테스트를 통해 구축된 매우 효율적인 통계 모델입니다. 기계 학습(ML)에 기반한 것은 아니지만 가깝고 이전 Bose보다 훨씬 효율적입니다.

Chaudhuri-Hocquenghem(BCH) 알고리즘 모델. Phison의 4세대 LDPC 엔진은 회사의 모든 최신 컨트롤러에서 찾을 수 있습니다. 또한 제품의 지속적인 개선을 보장하기 위해 차기 LDPC 엔진에 대한 작업을 시작했습니다.

하지만 애초에 NAND 모듈에서 데이터가 불량해지는 이유는 무엇입니까? 열과 고속 입자(태양의 양성자와 중성자)는 세포의 전체 에너지를 증가시킵니다. 이러한 원자 입자 충돌은 해수면에서도 항상 발생하며 전자 장치에 실질적인 영향을 미칩니다. 반대로 시간이 지남에 따라 NAND 셀에서 전자가 누출되어 에너지 수준이 낮아집니다. 셀 전하의 이러한 변화는 균일하지 않습니다. 이것은 SSD가 데이터가 무엇인지 파악하는 데 도움이 되는 ECC가 들어오는 곳입니다.

신뢰성 향상: 머신러닝 기반 오류 복구 흐름

LDPC는 ML 기술을 기반으로 하지 않지만 ML로 개선할 수 있습니다. Phison은 상세한 NAND 채널 모델링을 사용하여 제품 성능, 유지 및 안정성을 더욱 향상시켰습니다. 이 기술은 하드 디코더와 소프트 디코더의 두 부분으로 나뉩니다.

차세대 하드 디코더: Coarse Tune 및 Fine Tune 단계가 포함된 강력한 읽기 수준 검색 알고리즘

하드 디코더는 데이터에 추가된 ECC 비트가 제공하는 직접 정보를 사용하기 때문에 그렇게 이름이 붙여졌습니다. NAND 셀을 읽는 방식을 변경함으로써 하드 디코더 알고리즘은 종종 한두 번의 시도로 데이터를 수정할 수 있습니다. 좋은 효율성을 얻는 요령은 20개 이상의 읽기 모드 중 어떤 것을 언제 사용해야 하는지 아는 것입니다. ML 기반 선택 방법을 사용하면 복구 대기 시간을 크게 줄일 수 있습니다.

셀에서 더 많은 정보를 끌어내는 데 사용되는 또 다른 기술은 선택 임계값을 왜곡하여 경계선 전압 레벨이 값 A를 나타내는지 값 B를 나타내는지 결정하는 것입니다. 읽기 재시도 및 전압 임계값의 모든 순열을 통해 반복하는 것이 확실히 가능하지만 ML 알고리즘은 현재 조건에 효과적이지 않은 것으로 알고 있는 단계를 건너뛰어 훨씬 더 효율적으로 복구를 수행할 수 있습니다. 이러한 경우 안정성과 대기 시간의 핵심은 최적의 읽기 수준을 검색하는 정확하고 효율적인 알고리즘입니다.

Phison은 Coarse Tune 및 Fine Tune이라는 두 단계로 강력한 ML 알고리즘을 개발했습니다. Coarse Tune 단계는 더 나은 수렴 속도 등으로 현재 최적의 읽기 수준을 동적으로 식별하기 위해 최대 3번의 읽기를 수행합니다.

타 솔루션보다 정확한 예측 결과를 제공합니다. 미세 조정 단계는 이전 결과를 기반으로 나머지 매개변수를 미세 조정합니다. 올바른 설정이 식별되면 일반적으로 NAND의 다른 데이터 페이지에 사용할 수 있습니다.

차세대 소프트 디코더: 자동 보정 LLR을 사용한 ML 기반 예측 모델

소프트 디코더는 NAND 데이터가 너무 손상되어 하드 디코더 기술로 읽을 수 없을 때 사용됩니다. 이 모드에서는 주어진 페이지의 셀에서 세 개의 TLC 페이지(또는 QLC의 경우 네 페이지)를 모두 사용하여 추가 디코딩 정보를 얻습니다. 다른 보간 모드에서는 물리적으로 인접한 페이지에서 샘플링할 수 있습니다. 속도는 느리지만 이 모드는 디코더에 더 많은 정보를 제공하여 데이터를 수정하는 방법을 더 잘 결정할 수 있도록 합니다. 이 시점에서 소프트 디코더가 손상을 수정할 수 없는 한 데이터가 손실된 것으로 간주되므로 속도는 더 이상 문제가 되지 않습니다. 우선 순위를 올바르게 구성하는 이 모드의 또 다른 용어는 "영웅적인 오류 복구"입니다.

소프트 디코더의 경우 목표는 원래 데이터를 복구하기 위해 디코딩 기능을 최대화하는 것입니다. 지정된 채널 모델과 최적의 소프트 읽기 오프셋이 주어지면 최적의 LLR(log-likelihood ratio) 값을 계산할 수 있습니다.

최적 LLR 값에 대한 Phison의 ML 기반 예측 모델을 ACLLR(Auto-Calibrated LLR)이라고 합니다. 최적의 LLR 예측은 회귀로 간주할 수 있습니다.

기계 학습의 분류 또는 클러스터링 문제. 테스트 결과에 따르면 Phison의 ACLLR은 표준 LLR보다 더 나은 디코딩 기능을 가지고 있습니다.

pSLC, 고급 ECC 및 ML 알고리즘을 특징으로 하는 Phison의 강력한 연구 및 개발 기능은 뛰어난 성능과 안정성을 제공합니다. 이 회사의 솔루션은 열악한 환경과 까다로운 워크로드에 이상적인 선택입니다. 뛰어난 품질과 고성능을 갖춘 Phison의 스토리지 솔루션은 오늘날 빠르게 변화하는 디지털 환경에서 경쟁 우위를 추구하는 기업에 이상적인 선택입니다.

Phison의 매우 안정적인 스토리지 포트폴리오는 기존의 2.5인치, M.2 2280, M.2 2242 등과 함께 솔더다운 BGA를 포함한 광범위한 산업용 등급 폼 팩터를 제공합니다.

- - SATAIII(Phison 컨트롤러가 장착된 MST360 시리즈 PS3117-S17TI
  - PCIe Gen3(Phison 컨트롤러가 있는 MPT160 시리즈 PS5013-E13TI
  - PCIe Gen4(Phison 컨트롤러가 있는 MPD660 시리즈 PS5018-E18DI