在我们购买固态硬盘时，可能会在详情页面看到支持LDPC纠错的功能，对于很多人来说，它并不能引起足够的关注，而对于固态硬盘本身来说，LDPC算法甚至可以提升闪存的擦写寿命。所以，就让我们来了解什么是LDPC。

为什么需要LDPC？

闪存中，储存数据的基本单元被称为Cell，每个Cell通过注入、释放电子来记录不同的数据。电子在Cell中进出，会对Cell产生损耗，随着损耗程度的增加，Cell中的电子出现逃逸的概率会不断增加，进而导致Cell所储存的数据出现跳变。举个例子，某个Cell最开始储存的二进制数据是10，一段时间后再读取该Cell，二进制数据可能就变成了11。

鉴于此，闪存需要配合主控中的ECC算法来进行数据检错和纠错。写入数据时，ECC引擎基于原始数据计算出冗余数据，并将原始数据和冗余数据同时储存。读取数据时，原始数据和冗余数据一并被读出，并通过ECC引擎检查错误并纠正错误，最终得到正确的原始数据。

在SSD领域，当前普遍使用的ECC算法是BCH算法，它可以满足绝大多数SSD的纠错需求，闪存所宣称的最大擦写次数，就是基于BCH算法给出的。

但随着TLC闪存颗粒和3D NAND的普遍应用，同样的数据块，其寿命末期的出错率将会大大增加，BCH编码的纠错能力显得非常吃力，这也使得LDPC纠错算法在SSD领域有了用武之地。

什么是LDPC算法

LDPC，是Low Density Parity Check Code的简称，翻译中文就是「低密度奇偶校验码」。1963年，LDPC第一次出现在R.G.Gallager博士发表的论文之中，最早应用于通讯行业，后来才逐渐引进到固态硬盘领域。

LDPC是一种稀疏校验矩阵线性分组码，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。

LDPC分为编码和解码，下面我们逐一了解。

LDPC编码

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，我们来看一个简单的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：

LDPC纠错流程

LDPC在SSD中的纠错流程如下图所示。值得注意的是，NAND硬判决、数据传输到控制器，以及硬判决解码这几个过程的速度都很快。软判决要读很多次，传输数据很多次，所以会对SSD的性能产生不好的影响。

LDPC软判决的分辨率变成动态可调，这样只有在最坏的情况下，才需要最高的分辨率去读。这样在大部分情况下，软判决和软判决传输数据的时间开销将大幅度减小。

点击此处关注，获取最新资讯！