JP2022133071A - メモリシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】誤り訂正（復号）能力を向上させる。【解決手段】実施形態のメモリシステムは、不揮発性メモリと、メモリコントローラと、を備える。メモリコントローラは、誤り訂正符号で符号化されたデータを不揮発性メモリから読み出し、Ｎ個の成分符号群に含まれる成分符号それぞれにより保護されるデータに対して限界距離復号を繰り返し実行する第１の復号処理を実行し、第１の復号処理に失敗した場合に、Ｎ個の成分符号群に含まれる成分符号のシンドロームによりエラーが含まれていると判定されるエラーシンボル群に対して、成分符号単位で限界距離を超えた復号を繰り返し実行する第２の復号処理を実行し、第２の復号処理の後に実行する第１の復号処理に失敗した場合にロールバック処理を実行し、第２の復号処理が停滞していることを検出した場合に、第２の復号処理で用いるパラメタを変更して第２の復号処理をさらに実行する。【選択図】図１

Description

以下の実施形態は、メモリシステムに関する。
メモリシステムでは、一般に、記憶するデータを保護するために、誤り訂正符号化されたデータが記憶される。このため、メモリシステムに記憶されたデータを読み出す際には、誤り訂正符号化されたデータに対する復号が行われる。
特開２０１９－０５７７５２号公報
本発明の実施形態は、誤り訂正（復号）能力を向上させることができるメモリシステムを提供することを目的とする。
実施形態のメモリシステムは、不揮発性メモリと、メモリコントローラと、を備える。メモリコントローラは、誤り訂正符号で符号化されたデータを不揮発性メモリから読み出し、Ｎ個の成分符号群に含まれる成分符号それぞれにより保護されるデータに対して限界距離復号を繰り返し実行する第１の復号処理を実行し、第１の復号処理に失敗した場合に、Ｎ個の成分符号群のシンドロームによりエラーが含まれていると判定されるエラーシンボル群に対して、成分符号単位で限界距離を超えた復号を繰り返し実行する第２の復号処理を実行し、第２の復号処理の後に実行する第１の復号処理に失敗した場合にロールバック処理を実行し、第２の復号処理が停滞していることを検出した場合に、第２の復号処理で用いるパラメタを変更して第２の復号処理をさらに実行する。
図１は、本実施形態に係るメモリシステムの概略構成例を示すブロック図である。 図２は、本実施形態に係る多次元の誤り訂正符号の一例を示す図である。 図３は、本実施形態の符号化／復号部の機能構成の一例を示すブロック図である。 図４は、復号処理の実行例を示す図である。 図５は、ロールバック処理の例を説明するための図である。 図６は、復号処理が停滞する状況の一例を説明するための図である。 図７は、パラメタを変更して復号処理を実行する例を説明する図である。 図８は、停滞の検出処理の例を説明するための図である。 図９は、停滞の検出処理の例を説明するための図である。 図１０は、本実施形態に係る復号動作の概略例を示すフローチャートである。
以下に添付図面を参照して、実施形態に係るメモリシステムを詳細に説明する。なお、以下の実施形態により本発明が限定されるものではない。
図１は、本実施形態に係るメモリシステムの概略構成例を示すブロック図である。図１に示すように、メモリシステム１は、メモリコントローラ１０と不揮発性メモリ２０とを備える。メモリシステム１は、ホスト３０と接続可能であり、図１ではホスト３０と接続された状態が示されている。ホスト３０は、例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末などの電子機器であってよい。
不揮発性メモリ２０は、データを不揮発に記憶する不揮発性メモリであり、例えば、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ（以下、単にＮＡＮＤメモリという）である。以下の説明では、不揮発性メモリ２０としてＮＡＮＤメモリが用いられた場合を例示するが、不揮発性メモリ２０として３次元構造フラッシュメモリ、ＲｅＲＡＭ（Resistance Random Access Memory）、ＦｅＲＡＭ（Ferroelectric Random Access Memory）等のＮＡＮＤメモリ以外の記憶装置を用いることも可能である。また、不揮発性メモリ２０が半導体メモリであることは必須ではなく、半導体メモリ以外の種々の記憶媒体に対して本実施形態を適用することも可能である。
メモリシステム１は、メモリコントローラ１０と不揮発性メモリ２０とが１つのパッケージとして構成されるメモリカード等であってもよいし、ＳＳＤ（Solid State Drive）等であってもよい。
メモリコントローラ１０は、例えばＳｏＣ（System-On-a-Chip）として構成される半導体集積回路である。以下で説明するメモリコントローラ１０の各構成要素の動作の一部又は全部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）がファームウエアを実行することによって実現されてもよいし、ハードウエアで実現されてもよい。
メモリコントローラ１０は、ホスト３０からの書込み要求に従って不揮発性メモリ２０への書込みを制御する。また、メモリコントローラ１０は、ホスト３０からの読出し要求に従って不揮発性メモリ２０からの読み出しを制御する。メモリコントローラ１０は、ホストＩ／Ｆ（ホストインタフェース）１５、メモリＩ／Ｆ（メモリインタフェース）１３、制御部１１、符号化／復号部（コーデック）１４、および、データバッファ１２を備える。ホストＩ／Ｆ１５、メモリＩ／Ｆ１３、制御部１１、符号化／復号部１４、および、データバッファ１２は、内部バス１６で相互に接続されている。
ホストＩ／Ｆ１５は、ホスト３０との間のインタフェース規格に従った処理を実施し、ホスト３０から受信した要求、書込み対象のユーザデータなどを内部バス１６に出力する。また、ホストＩ／Ｆ１５は、不揮発性メモリ２０から読み出されて復元されたユーザデータ、制御部１１からの応答などをホスト３０へ送信する。
メモリＩ／Ｆ１３は、制御部１１の指示に基づいて、不揮発性メモリ２０への書込み処理を行う。また、メモリＩ／Ｆ１３は、制御部１１の指示に基づいて、不揮発性メモリ２０からの読み出し処理を行う。
データバッファ１２は、メモリコントローラ１０がホスト３０から受信したユーザデータを不揮発性メモリ２０へ記憶するまでに一時記憶する。また、データバッファ１２は、不揮発性メモリ２０から読み出したユーザデータをホスト３０へ送信するまでに一時記憶する。データバッファ１２には、例えば、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）やＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの汎用メモリを用いることができる。
制御部１１は、メモリシステム１の各構成要素を統括的に制御する。制御部１１は、ホスト３０からの要求をホストＩ／Ｆ１５経由で受け付けた場合に、その要求に応じた制御を行う。例えば、制御部１１は、ホスト３０からの書込み要求に応じて、不揮発性メモリ２０へのユーザデータおよびパリティの書き込みをメモリＩ／Ｆ１３へ指示する。また、制御部１１は、ホスト３０からの読出し要求に応じて、不揮発性メモリ２０からのユーザデータおよびパリティの読み出しをメモリＩ／Ｆ１３へ指示する。
また、制御部１１は、ホスト３０からユーザデータの書込み要求を受信した場合、データバッファ１２に蓄積されるユーザデータに対して、不揮発性メモリ２０上の記憶領域（メモリ領域）を決定する。すなわち、制御部１１は、ユーザデータの書込み先を管理する。ホスト３０から受信したユーザデータの論理アドレスと該ユーザデータが記憶された不揮発性メモリ２０上の記憶領域を示す物理アドレスとの対応は、アドレス変換テーブルとして例えばデータバッファ１２に記憶される。
また、制御部１１は、ホスト３０から読出し要求を受信した場合、読出し要求により指定された論理アドレスを上述のアドレス変換テーブルを用いて物理アドレスに変換し、該物理アドレスからの読み出しをメモリＩ／Ｆ１３へ指示する。
ここで、ＮＡＮＤメモリでは、一般に、ページと呼ばれるデータ単位で、書き込みおよび読み出しが行われ、ページよりも大きい所定のデータ単位で消去が行われる。本実施形態では、同一のワード線に接続される複数のメモリセルをメモリセルグループと呼ぶ。メモリセルがシングルレベルセル（ＳＬＣ）である場合は、１つのメモリセルグループが１ページに対応する。メモリセルがマルチレベルセル（ＭＬＣ）である場合は、１つのメモリセルグループが複数ページに対応する。また、各メモリセルはワード線に接続するとともにビット線にも接続される。従って、各メモリセルは、ワード線を識別するアドレスとビット線を識別するアドレスとで識別することが可能である。
例えばメモリセルが２ビット／セルのメモリセルである場合、Ｅｒ、Ａ、Ｂ、Ｃレベルの４つの閾値分布に２ビットのデータ値がそれぞれ対応づけられる。この対応をデータコーディングという。データコーディングは予め定められる。データの書き込み（プログラム）時には、データコーディングに従って記憶するデータ値に応じたレベル（閾値分布）となるようにメモリセルに電荷が注入される。また、２ビット／セルを用いる場合、１つのメモリセルグループは２ページに対応する。各メモリセルが記憶可能な２ビットは、それぞれこの２ページに対応する。以下では、この２ページをロアーページおよびアッパーページと呼ぶ。
ホスト３０から送信されるユーザデータは、内部バス１６に転送されてデータバッファ１２に一旦記憶される。符号化／復号部１４は、不揮発性メモリ２０に記憶されるユーザデータを誤り訂正符号で符号化して符号化データ（符号語）を生成する。また、符号化／復号部１４は、不揮発性メモリ２０から読み出された符号化データ（読出し情報又は受信語ともいう）を復号してユーザデータを復元する。なお、符号化／復号部１４により符号化されるデータには、ユーザデータ以外にも、メモリコントローラ１０内部で用いる制御データ等が含まれてもよい。
以上のような構成を備えるメモリシステム１における書込み処理では、制御部１１は、不揮発性メモリ２０への書込み時に、ユーザデータの符号化を符号化／復号部１４に指示する。その際、制御部１１は、不揮発性メモリ２０における符号語の記憶場所（記憶アドレス）を決定し、決定した記憶場所もメモリＩ／Ｆ１３へ指示する。符号化／復号部１４は、制御部１１からの指示に基づいて、データバッファ１２上のユーザデータを誤り訂正符号で符号化して符号語を生成する。符号化方式としては、例えば、ＬＤＰＣ（Low-Density Parity-Check）符号やＢＣＨ（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem）符号やＲＳ（Reed-Solomon）符号を用いた符号化方式を採用することができる。メモリＩ／Ｆ１３は、制御部１１からの指示に基づいて符号語を不揮発性メモリ２０に書き込む。
一方、読出し処理では、制御部１１は、不揮発性メモリ２０からの読出し時に、不揮発性メモリ２０上のアドレスを指定してメモリＩ／Ｆ１３へ読み出しを指示する。また、制御部１１は、符号化／復号部１４へ復号の開始を指示する。メモリＩ／Ｆ１３は、制御部１１の指示に従って、不揮発性メモリ２０の指定されたアドレスに対する読み出しを実行し、この読み出しにより得られた読出し情報を符号化／復号部１４に入力する。そして、符号化／復号部１４は、入力された読出し情報を復号する。
符号化／復号部１４は、例えば、多次元の誤り訂正符号の各成分符号の符号化部／復号部として用いることもできる。多次元の誤り訂正符号とは、誤り訂正符号の少なくとも一つ以上の構成単位であるシンボルが、複数のより小規模な成分符号によって多重に保護されているものを指す。その際、１シンボルは、例えば１ビット（二元体（binary field）の元（element））、又は、二元体以外の有限体（finite field）などのアルファベットの元で構成される。
ここで、多次元の誤り訂正符号の例として、図２に積符号の構成例を示す。図２に示す積符号２００は、限界距離復号により３ビットを訂正可能なＢＣＨ符号を、行方向の成分符号（第１の成分符号の一例）および列方向の成分符号（第２の成分符号の一例）とする積符号の例である。また積符号２００は、行方向および列方向にそれぞれ４個のブロックを含む２次元ブロック積符号の例である。各ブロックは、符号を構成する複数のシンボルを含む。各ブロックは、符号を構成する複数のシンボルの集合であるシンボル群に相当する。
なお行方向および列方向のブロック数は４個に限られるものではない。以下では、限界距離復号により３ビットを訂正可能なＢＣＨ符号を成分符号として用いる例を説明するが、限界距離復号によりｎビット（ｎは１以上の整数）以下の誤りを訂正可能な符号が用いられてもよい。また、成分符号はＢＣＨ以外のどのような符号を用いてもよい。例えば、リードソロモン符号を、行方向および列方向の少なくとも一方の成分符号として用いてもよい。
図２のような積符号の復号では、例えば符号化／復号部１４は、まず積符号を構成する行方向の成分符号を順次復号する。符号化／復号部１４は、例えば限界距離復号により成分符号を復号する。行方向の成分符号のうち復号に成功しない成分符号があった場合、符号化／復号部１４は、行方向の成分符号の復号において訂正できた誤りを訂正し、列方向の成分符号を復号する。列方向の成分符号のうち復号に成功しない成分符号があった場合、符号化／復号部１４は、列方向の成分符号の復号において訂正できた誤りを訂正し、再度、行方向の成分符号を復号する。以上のように、行方向の成分符号の復号と列方向の成分符号の復号とが、終了条件を満たすまで繰り返し実行される。以下では、このように繰り返される復号を反復復号処理という場合がある。また限界距離復号を繰り返し実行する反復復号処理を反復限界距離復号という場合がある。積符号は、訂正能力が高く計算量の小さい符号化方式を実現するために使用される。
なお、多次元の誤り訂正符号としては、図２に例示する積符号２００に限定されず、例えば一般化ＬＤＰＣ符号（Generalized Low Density Parity Check Code）などであってもよい。一般化ＬＤＰＣ符号を含む一般の多次元の誤り訂正符号では、シンボルごとに保護の多重度が異なっていてもよい。また、一般の多次元の誤り訂正符号では成分符号を行方向と列方向でグループ分けすることができない場合があるが、このような符号構造を有する多次元の誤り訂正符号に対しても本技術は適用することが可能である。以下では、多次元の誤り訂正符号としてブロック積符号を用いた場合を例に説明する。
ブロック積符号では、各ブロックに複数のシンボル（例えばビット）が割り当てられる。このため、１つのブロック内に多数のエラーが発生した場合、行方向および列方向の復号を繰り返してもエラーが訂正できず、エラーフロアが生じる。
図２は、不揮発性メモリ２０から読み出された読出し情報の例を示している。図２内の数値は、ブロック内のエラーとなったシンボルの個数を表す。各成分符号にエラーがあるか否かは、例えばシンドロームが０であるか（エラーなし）そうでないか（エラーあり）により判定することができる。図２内の記号「Ｅ」はエラーがあると判定された成分符号を表す。
本実施形態では、多数のエラーが含まれるブロックが存在するような場合に、このブロック内のシンボルの値を反転（フリップ）して復号を行う。このような技術としては、例えばMulti-Bit Flip Decoding（ＭＢＦＤ）が適用できる。ここで、各シンボルがｑ個の元からなる有限体ＧＦ（ｑ）の元で構成される場合、反転対象のシンボルをα∈ＧＦ（ｑ）とすると、反転後には対象シンボルはα以外のＧＦ（ｑ）の任意の元に変更される。例えばＧＦ（２）＝｛０，１｝の場合、反転により対象シンボルが０である場合は１に、１である場合は０に変更される。以降の説明では、各シンボルが二元体の元（ビット）であることを仮定する。以下、このような復号を行う符号化／復号部１４の詳細について説明する。
図３は、符号化／復号部１４の機能構成の一例を示すブロック図である。図３は、図２に示すような２次元の積符号の符号化／復号を行う場合の例を示す。以下では主に２次元の誤り訂正符号を例に説明する。各次元の成分符号それぞれは、次元ごとに定められる１個以上の成分符号を含む。以下では、１個以上の成分符号を含む、各次元に対応する成分符号を成分符号群という場合がある。例えば行方向の成分符号群および列方向の成分符号群は、それぞれ、行数分の成分符号および列数分の成分符号を含む。誤り訂正符号は２次元に限られず、多次元の誤り訂正符号、すなわち、複数のシンボル群それぞれがＮ個（Ｎは２以上の整数）の成分符号群によって保護されているＮ次元の誤り訂正符号について同様の手法を適用できる。
図３に示すように、符号化／復号部１４は、符号化部３０１と、復号部３０２と、検出部３０３と、パラメタ制御部３０４と、を含む。符号化部３０１は、行方向および列方向の成分符号を符号化する。復号部３０２は、Ｎ個の成分符号群（２次元の場合は行方向の成分符号群および列方向の成分符号群）に含まれる成分符号それぞれにより保護されるデータに対して限界距離復号を繰り返し実行する反復復号処理（復号処理Ｄ－Ａ、第１の復号処理）を実行する。また、復号部３０２は、反復復号処理に失敗した場合に、Ｎ個の成分符号群に含まれる成分符号のシンドローム（２次元の場合は行方向の成分符号群に含まれる成分符号および列方向の成分符号群に含まれる成分符号の両方のシンドローム）によりエラーが含まれていると判定されるブロック（エラーシンボル群）を含む成分符号に対して、成分符号単位で限界距離を超えた復号（（ｎ＋１）ビット以上の誤りを訂正する復号）を繰り返し実行する復号処理Ｄ－Ｂ（第２の復号処理）を実行する。限界距離復号により３ビット（ｎ＝３）を訂正可能なＢＣＨ符号を用いる場合、復号処理Ｄ－Ｂは、例えば、エラーが残留している行および列の交差部のビットをフリップしてから限界距離復号（３ビット訂正処理）を行うことで４ビット以上の訂正を実現する。復号処理Ｄ－Ｂは、例えばＭＢＦＤである。以下では、復号処理Ｄ－ＢとしてＭＢＦＤを用いる例を説明する。
ＭＢＦＤは、対象次元（行または列）の１以上の成分符号に対して繰り返し実行される。対象次元は、一部の次元であってもよいし、すべての次元であってもよい。以下では、ある対象次元の成分符号に対して繰り返し実行されるＭＢＦＤを反復ＭＢＦＤという場合がある。反復ＭＢＦＤは、以下のような手順で実行される。
（Ｓ１）対象次元の成分符号のうち、シンドロームが０でない１つの成分符号を処理対象の成分符号（以下、対象成分符号）として選択する。なお、シンドロームが０である成分符号に対しては処理がスキップされる。
（Ｓ２）対象成分符号と、シンドロームが０でない対向次元の成分符号と、の両方に含まれるブロック（交差部に相当するブロック）を、対象ブロックとする。対向次元とは、対象次元以外の次元を表す。例えば対象次元が行方向の次元の場合、列方向の次元が対向次元となる。
（Ｓ３）対象ブロックにおいて「フリップするシンボルを選択し、選択したシンボルをフリップしてから成分符号の復号処理を実行する」という処理を、フリップするシンボルの位置（フリップパタン）を変更し、復号に成功するまで繰り返す。
（Ｓ４）すべてのフリップパタンについて（Ｓ３）を実行しても復号に成功しなければ、別のブロックを対象ブロックとして、（Ｓ３）の処理を実行する。
（Ｓ５）対象次元のすべての成分符号に対してＭＢＦＤを実行したら反復ＭＢＦＤを終了する。以下に述べるように、ＭＢＦＤで採用する解の個数が上限（最大値）に達した場合に反復ＭＢＦＤを終了してもよい。
ＭＢＦＤで採用する解とは、ＭＢＦＤによる復号が成功した成分符号（ＭＢＦＤで誤りを訂正する成分符号）である。例えば行方向の成分符号に対してＭＢＦＤを実行する場合、ＭＢＦＤが成功した行方向の成分符号の個数（行数）の上限が、採用する解の個数の上限に相当する。１回の反復ＭＢＦＤでは、１つまたは複数の成分符号が処理対象となりうる。
復号部３０２は、ＭＢＦＤを実行する成分符号を予め定められた順序で決定する。例えば行方向の成分符号に対してＭＢＦＤを実行する場合、復号部３０２は、１行目、２行目、・・・のように行番号が昇順となる順序でＭＢＦＤを実行する成分符号を決定する。繰り返し反復ＭＢＦＤを実行する場合は、復号部３０２は、前回の反復ＭＢＦＤで最後に処理対象となった成分符号の次の順序に相当する成分符号から、ＭＢＦＤを開始する。例えば、１行目の成分符号と２行目の成分符号とがともにシンドロームが０でなく、かつ、前回の反復ＭＢＦＤで最後に処理対象となった成分符号が１行目の成分符号だった場合、その後に実行する反復ＭＢＦＤでは、２行目の成分符号から処理が開始される。
復号部３０２は、ＭＢＦＤを実行している次元（例えば行方向の次元）に対向する次元（例えば列方向の次元）のシンドロームが０であるビットをフリップするフリップパタンは棄却するなどの処理を行ってもよい。
ＭＢＦＤを実行後、復号部３０２は、さらに反復復号処理（復号処理Ｄ－Ａ）を実行する。図４は、反復復号処理およびＭＢＦＤの実行例を示す図である。
データ２１１は、不揮発性メモリ２０から読み出された読出し情報に相当する。復号部３０２は、データ２１１に対して、例えば行方向の成分符号の限界距離復号（３ビット訂正処理）を実行し、復号後のデータ２１２を得る。図４の例では、３ビットのエラーを含んでいた１行目および４行目の成分符号が、エラーを含まない符号に復号される。なお括弧内の数値は、復号処理によりエラーがなくなったシンボルの個数を表す。
次に復号部３０２は、データ２１２に対して、列方向の成分符号の限界距離復号（３ビット訂正処理）を実行し、復号後のデータ２１３を得る。図４の例では、２ビットのエラーを含んでいた１列目および４列目の成分符号が、エラーを含まない符号に復号される。
データ２１３の成分符号のうちエラーを含む成分符号はいずれも４ビット以上のエラーを含むため、さらに反復復号処理（３ビット訂正処理）を実行しても復号は成功しない。
そこで復号部３０２は、ＭＢＦＤを実行する。例えば復号部３０２は、２行目の成分符号に対してＭＢＦＤを実行し、復号後のデータ２１４を得る。これにより４ビットのエラーを含んでいた２行目の成分符号が、エラーを含まない符号に復号される。
その後、復号部３０２は、さらに反復復号処理を実行する。図４に示すように、例えば復号部３０２は、３ビットのエラーを含む２列目および３列目の成分符号の限界距離復号（３ビット訂正処理）を実行し、エラーを含まないデータ２１５を得る。
図４ではＭＢＦＤにより４ビットのエラーが正しく訂正される例が示されているが、ＭＢＦＤでは、誤訂正が発生する場合がある。このため、復号部３０２は、その後に実行する反復復号処理に成功しなければ、ＭＢＦＤを取り消し、ＭＢＦＤを実行する前の状態に戻すロールバック処理を行う。
図５は、ロールバック処理の例を説明するための図である。図５は、図４と同様のデータ２１３に対してＭＢＦＤを実行する例を示す。すなわち復号部３０２は、２行目の成分符号に対してＭＢＦＤを実行し、復号後のデータ２２１を得る。データ２２１は、ＭＢＦＤで誤訂正が発生したため、エラーが減少せず、逆にエラーが増加したデータの例である。「＋２」は、２個のエラーが増加したことを示す。
このような場合、復号部３０２がデータ２２１に対して列方向の限界距離復号（３ビット訂正処理）を実行しても、エラーの訂正に失敗する。データ２２２は、訂正に失敗したデータに相当する。このような場合、復号部３０２は、直前の回に実行した反復ＭＢＦＤを取り消すロールバック処理を実行する。データ２２３は、ロールバック処理によりＭＢＦＤを実行する前の状態に戻されたデータ（データ２１３と同じデータ）に相当する。
この後、復号部３０２は、行方向ではなく列方向（例えば２列目の成分符号）のＭＢＦＤを実行する。この列方向のＭＢＦＤが誤訂正でなければ、その後の行方向（例えば２行目、３行目の成分符号）の限界距離復号（３ビット訂正処理）を成功させることが可能となる。
このように、ロールバック処理は、誤訂正を解消し、復号処理を進めるために実行される。一方、ＭＢＦＤが誤訂正ではなく成功している場合であっても、直後の反復復号処理に失敗するとロールバック処理によりＭＢＦＤによる復号結果が棄却され、復号処理が停滞する状況が生じ得る。図６は、このような状況の一例を説明するための図である。
データ２３１は、ＭＢＦＤによる復号開始時のデータである。復号部３０２は、１行目の成分符号に対してＭＢＦＤを実行し、復号後のデータ２３２を得る。データ２３２は、ＭＢＦＤで正しく訂正されたデータの例である（正訂正）。一方、データ２３２には多数のエラーが残留しているため、直後に実行される反復復号処理（３ビット訂正処理）が失敗する。データ２３３は、データ２３２に対して反復復号処理を実行した結果、エラーが減少しなかったデータの例である。この場合、復号部３０２は、データ２３３に対してロールバック処理を実行し、データ２３４を得る。
データ２３４は、データ２３１と同じデータであるため、この後、ＭＢＦＤを実行しても同様の処理が繰り返し実行される。その結果、例えば、処理を繰り返し実行している途中でレイテンシの制限値に達して復号に失敗したと判断される。
そこで、本実施形態では、検出部３０３が、例えばレイテンシの制限値に達する前に、復号処理の停滞を検出する。停滞が検出された場合、パラメタ制御部３０４は、ＭＢＦＤで用いるパラメタを変更する。検出部３０３およびパラメタ制御部３０４の詳細は後述する。
パラメタが変更された後、復号部３０２は、変更したパラメタを用いてＭＢＦＤをさらに実行する。図７は、パラメタを変更してＭＢＦＤを実行する例を説明する図である。
図７は、ロールバック処理を実行するか否かを示す情報（例えばロールバック実行フラグ）をパラメタとして変更する例である。例えば検出部３０３により復号処理の停滞が検出されると、パラメタ制御部３０４は、ロールバック実行フラグを「実行する」から「実行しない」に変更する。
この場合、復号部３０２は、例えばデータ２３３に対して、さらに列方向のＭＢＦＤを実行する。データ２４１は、２列目に対するＭＢＦＤにより得られるデータである。２列目の成分符号が正しく訂正されたとすると、直後の行方向の３ビット訂正処理により、２行目および３行目のエラーが正しく訂正されたデータ２４２が得られる。また、データ２４２に対する列方向の３ビット訂正処理により、３列目および４列目のエラーが正しく訂正されたデータ２４３が得られ、復号処理が成功する。
次に検出部３０３による検出処理の詳細について説明する。復号処理が進むためには、ＭＢＦＤに成功することが必要となる。そこで、検出部３０３は、エラーが発生している成分符号のうち、すべての行および列の成分符号で連続してＭＢＦＤが失敗した場合に、復号処理が停滞していると判断する。なお、ＭＢＦＤで一度採用された解であっても、ロールバック処理で棄却された解は、失敗した解として扱われる。
以下では、行方向のＭＢＦＤの停滞の検出方法を例に説明する。「行」を「列」で置き換えれば列方向の停滞の検出方法を実現できる。なお以下では検出方法１および検出方法２の２つの方法を説明するが、ＭＢＦＤの停滞の検出方法はこれらに限られない。
（検出方法１）
復号部３０２は、復号処理中に以下の値をレジスタに記憶する。なおレジスタ（チェックレジスタ、符号レジスタ）は、例えば復号部３０２の内部に備えられる。また、レジスタ（チェックレジスタ、符号レジスタ）は最初の行番号（例えば１）の値に初期化されているものとする。
（Ｖ１）復号に成功した直近の回の反復ＭＢＦＤにおいて、最後に処理した行番号に１を加算した値（以下、ＣＶとする）：チェックレジスタに記憶
（Ｖ２）直近に実行された反復ＭＢＦＤにおいて、最初に処理した行番号（以下、ＳＶとする）、および、最後に処理した行番号に１を加算した値（以下、ＥＶとする）：符号レジスタに記憶
なお、１を加算した値が行の総数を超える場合は、最初の行番号（例えば１）が記憶される。
検出部３０３は、チェックレジスタに記憶された値と、符号レジスタに記憶された値から定まる範囲とに重複があれば、行方向の復号処理が停滞していることを検出する。例えば検出部３０３は、以下の条件１および条件２のいずれかが満たされる場合に、復号処理が停滞していることを検出する。
（条件１）“ＳＶ＜ＥＶ”、かつ、“ＳＶ＜ＣＶ”、かつ、“ＥＶ≧ＣＶ”
（条件２）“ＳＶ≧ＥＶ、かつ、ＳＶ＜ＣＶ”、または、
“ＳＶ≧ＥＶ、かつ、ＥＶ≧ＣＶ”
以下、停滞の検出処理の例について説明する。図８および図９は、停滞の検出処理の例を説明するための図である。記号「○」は、ＭＢＦＤに成功したことを示す。記号「×」は、ＭＢＦＤに失敗（ロールバック処理で棄却された場合を含む）したことを示す。
図８では、最初（１回目）に実行した反復ＭＢＦＤで４行目の成分符号に対する復号に成功した例が示されている。また図８では、２回目の反復ＭＢＦＤで１行目および２行目の成分符号に対してＭＢＦＤを実行したが失敗し、３回目の反復ＭＢＦＤで３行目および４行目の成分符号に対してＭＢＦＤを実行したが失敗した例が示されている。
３回目の反復ＭＢＦＤを実行した後、各レジスタには以下のような値が記憶される。
・チェックレジスタ：ＣＶ＝１
・符号レジスタ：ＳＶ＝３、ＥＶ＝１
この場合、上記の条件２のうち“ＳＶ≧ＥＶ、かつ、ＥＶ≧ＣＶ”が満たされるため、検出部３０３は、復号処理が停滞したことを検出する。
図９では、最初（１回目）に実行した反復ＭＢＦＤで３行目の成分符号に対する復号に成功した例が示されている。また図９では、２回目の反復ＭＢＦＤで４行目および１行目の成分符号に対してＭＢＦＤを実行したが失敗し、３回目の反復ＭＢＦＤで２行目および３行目の成分符号に対してＭＢＦＤを実行したが失敗した例が示されている。
３回目の反復ＭＢＦＤを実行した後、各レジスタには以下のような値が記憶される。
・チェックレジスタ：ＣＶ＝４
・符号レジスタ：ＳＶ＝２、ＥＶ＝４
この場合、上記の条件１“ＳＶ＜ＥＶ”、かつ、“ＳＶ＜ＣＶ”、かつ、“ＥＶ≧ＣＶ”が満たされるため、検出部３０３は、復号処理が停滞したことを検出する。
図９の３回目の反復ＭＢＦＤで、２行目から４行目の成分符号に対してＭＢＦＤが失敗したとする。この場合、３回目の反復ＭＢＦＤを実行した後、各レジスタには以下のような値が記憶される。
・チェックレジスタ：ＣＶ＝４
・符号レジスタ：ＳＶ＝２、ＥＶ＝１
この場合、上記の条件２のうち“ＳＶ≧ＥＶ、かつ、ＳＶ＜ＣＶ”が満たされるため、検出部３０３は、復号処理が停滞したことを検出する。
（検出方法２）
復号部３０２は、成分符号がエラーを含むか否かを示す判定情報を、例えば内部のレジスタに記憶する。判定情報は、バイナリベクトル、または、バイナリベクトルのハッシュ値である。以下では、バイナリベクトルを判定情報とする場合を例に説明する。検出部３０３は、ＭＢＦＤを繰り返し実行する中で、バイナリベクトルが変化しない場合に、復号処理が停滞していることを検出する。
バイナリベクトルは、行および列で独立に記憶される。バイナリベクトルの各要素は、各成分符号のシンドロームが０である（エラーなし）場合に０、そうでない（エラーあり）場合に１をとるものとする。例えば４行の成分符号が用いられる場合、行方向のバイナリベクトルは、４行分の成分符号それぞれに対応する４つの要素を含む。各要素には、対応する成分符号のシンドロームが０であるか（０）、そうでないか（１）の値が設定される。
検出部３０３は、行方向のバイナリベクトル、および、列方向のバイナリベクトルでそれぞれ独立に変化の有無を判定する。例えば、ＭＢＦＤを繰り返す中で、ある成分符号（例えば最後の行に対応する成分符号）の処理が終わった（既にシンドロームがエラーなしを示しており、ＭＢＦＤがスキップされた場合を含む）タイミングで、検出部３０３は、「過去のバイナリベクトル」と「現在のバイナリベクトル」とが一致しているか否かにより、バイナリベクトルが変化しているか否かを判定する。
いずれの成分符号の処理が終わったタイミングで判定を行うかは、どのように決定されてもよい。行方向および列方向でそれぞれ１つの成分符号が、判定のタイミングを示す成分符号として予め決定される。
「過去のバイナリベクトル」は、行および列それぞれに対して専用のレジスタに記憶される。「現在のバイナリベクトル」は、判定のタイミングが定められた成分符号に対して得られた最新のバイナリベクトルに相当する。すなわち、「現在のバイナリベクトル」は、判定のタイミングが定められた成分符号に対して得られたバイナリベクトルであって、直近に処理されたＭＢＦＤによって得られたバイナリベクトルに相当する。検出部３０３は、レジスタに記憶された「過去のバイナリベクトル」と「現在のバイナリベクトル」とが一致する場合に、バイナリベクトルが変化しないこと、すなわち、復号処理が停滞していることを検出する。
なお、「過去のバイナリベクトル」と「現在のバイナリベクトル」とが一致していない場合、検出部３０３は、レジスタを「現在のバイナリベクトル」で更新する。またレジスタは、ＭＢＦＤを開始したタイミングの各成分符号のシンドロームにより初期化されるものとする。
次にパラメタ制御部３０４によるパラメタ制御処理の詳細について説明する。パラメタ制御部３０４は、行方向と列方向の両方で復号処理の停滞が検出された場合に、ＭＢＦＤで用いられるパラメタを切り替える。パラメタは例えば以下の（Ｐ１）～（Ｐ４）を含む。なおパラメタ制御部３０４は、以下の複数のパラメタのうちいずれか１つを制御してもよいし、複数を制御してもよい。
（Ｐ１）リストサイズ：ＭＢＦＤで採用する解の個数の上限（最大値）
リストサイズは、成分符号ごと（例えば行および列）に定められる。リストサイズは１以上で成分符号の最大数以下の値となる。パラメタ制御部３０４は、例えば切り替えるリストサイズを定めた以下のような配列Ｌを用いて、リストサイズを切り替えてもよい。
Ｌ＝（Ｌ１、Ｌ２、・・・、Ｌｋ）（ｋは２以上の整数）
配列Ｌの各要素の値は、Ｌｉ＜Ｌｉ＋１（１≦ｉ≦ｋ）を満たすように定められる。リストサイズの初期値は、例えばＬ１とする。パラメタ制御部３０４は、復号処理の停滞が検出されるごとに、リストサイズをＬｉからＬｉ＋１に切り替える。
なお復号処理が進展した場合、パラメタ制御部３０４は、リストサイズを減少させてもよい。例えばパラメタ制御部３０４は、復号処理が進展した場合に、リストサイズをＬｉからＬｉ－１に１段階戻してもよいし、初期値Ｌｉに戻してもよい。復号処理が進展するとは、例えば、ＭＢＦＤが成功し、かつ、ロールバック処理が実行されなかったことを意味する。
このように、復号処理の停滞が検出された場合、リストサイズは、１以上、かつ、対象次元の成分符号数以下の範囲で、単調増加するように変更される。また、復号処理が進展した場合、リストサイズは、１以上、かつ、対象次元の成分符号数以下の範囲で、単調減少するように変更される。
なお、リストサイズの変更方法は配列Ｌを用いる方法に限られない。例えばパラメタ制御部３０４は、リストサイズの初期値（例えば１）に対して、予め定められた値（例えば１）、または、規則に基づき求められる値を加算することにより、リストサイズを増加させてもよい。同様に、例えばパラメタ制御部３０４は、現在のリストサイズから、予め定められた値（例えば１）、または、規則に基づき求められる値を減算することにより、リストサイズを減少させてもよい。
（Ｐ２）ロールバック実行フラグ（ＲＢＦｌａｇ）
上記のように、ロールバック実行フラグは、ロールバック処理を実行するか否かを示す情報の一例である。例えばＲＢＦｌａｇ＝Ｔｒｕｅは、ロールバック処理を実行することを意味する。ＲＢＦｌａｇ＝Ｆａｌｓｅは、ロールバック処理を実行しないことを意味する。初期値は、例えばＲＢＦｌａｇ＝Ｔｒｕｅが設定される。復号処理の停滞が検出された場合、パラメタ制御部３０４は、ＲＢＦｌａｇ＝Ｆａｌｓｅに変更する。
パラメタ制御部３０４は、リストサイズとロールバック実行フラグとを組み合わせてパラメタの変更を制御してもよい。例えばリストサイズがＬｋ（リストサイズの上限値）に変更されている状態で、さらに復号処理の停滞が検出された場合に、パラメタ制御部３０４は、ＲＢＦｌａｇ＝Ｆａｌｓｅに変更してもよい。これにより、例えば、復号処理の初期段階では誤訂正となる解をできるだけ採用しないように慎重に復号を進め、復号処理が停滞したら、ロールバックを実行しないように変更して、復号処理を進展させるように構成することが可能となる。
（Ｐ３）フリップサイズ
フリップサイズは、以下の値のうち１つまたは複数を意味する。
・交差部に含まれるビットのうち、フリップするシンボルの個数または割合
・成分符号に含まれる交差部のうち、フリップの対象とする交差部の個数または割合
パラメタ制御部３０４は、例えば、復号処理の停滞が検出された場合、フリップサイズを増加するように変更する。また、パラメタ制御部３０４は、復号処理が進展した場合、フリップサイズを減少するように変更する。増減の方法は、例えばリストサイズと同様の方法を適用することができる。
次に、本実施形態に係る復号動作を、図面を参照して詳細に説明する。図１０は、本実施形態に係る復号動作の概略例を示すフローチャートである。
復号部３０２は、メモリＩ／Ｆ１３により不揮発性メモリ２０から読み出された読出し情報に対して反復限界距離復号を実行する（ステップＳ１０１）。復号部３０２は、反復限界距離復号に成功したか否かを判定する（ステップＳ１０２）。例えば復号部３０２は、終了条件を満たすまで繰り返し反復限界距離復号を実行した後、各成分符号のシンドロームを求め、値が０でないシンドロームが存在する場合に、反復限界距離復号に失敗したと判定する。
反復限界距離復号に成功した場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、復号部３０２は、例えば制御部１１へ復号成功を通知する（ステップＳ１０３）。反復限界距離復号に失敗した場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、符号化／復号部１４は、以下のステップＳ１０４～ステップＳ１１２を実行する。
まず復号部３０２は、行方向または列方向のいずれかについて、ＭＢＦＤを実行する（ステップＳ１０４）。復号部３０２は、さらに３ビットの反復限界距離復号を実行する（ステップＳ１０５）。復号部３０２は、反復限界距離復号に成功したか否かを判定する（ステップＳ１０６）。反復限界距離復号に成功した場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、復号部３０２は、例えば制御部１１へ復号成功を通知する（ステップＳ１０３）。
反復限界距離復号に失敗した場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、復号部３０２は、ＭＢＦＤを終了するか否かを判定する（ステップＳ１０７）。例えば復号部３０２は、ＭＢＦＤの実行回数が上限値に達した、または、レイテンシが制限値に達した、などの終了条件が満たされた場合に、ＭＢＦＤを終了すると判定する。
ＭＢＦＤを終了する場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、符号化／復号部１４は、後処理を実行する（ステップＳ１１２）。後処理は、例えば、さらに別の誤り訂正処理、および、復号失敗を制御部１１へ通知する処理などである。
ＭＢＦＤを終了しない場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、復号部３０２は、ステップＳ１０４で実行したＭＢＦＤを取り消すロールバック処理を行う（ステップＳ１０８）。検出部３０３は、復号処理が停滞しているか否かを検出する（ステップＳ１０９）。
停滞が検出された場合（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）、パラメタ制御部３０４は、ＭＢＦＤで用いられるパラメタを切り替える（ステップＳ１１０）。パラメタが切り替えられた後、および、停滞が検出されていない場合（ステップＳ１０９：Ｎｏ）、復号部３０２は、処理対象としている次元（行方向、列方向）を切り替える（ステップＳ１１１）。その後、ステップＳ１０４に戻り、切り替えられた次元の成分符号に対して処理が繰り返される。
以上のように、本実施形態では、反復限界距離復号が失敗したときに、成分符号単位で限界距離を超えた復号処理（ＭＢＦＤなど）が実行される。また、ロールバックなどに起因して後者の復号処理が停滞しているかが検出される。そして、復号処理の停滞が検出された場合、後者の復号処理のパラメタが変更され、復号処理がさらに実行される。これにより、復号処理が成功する可能性を高めること、すなわち、誤り訂正（復号）能力を向上させることが可能となる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１ メモリシステム
１０ メモリコントローラ
１１ 制御部
１２ データバッファ
１３ メモリＩ／Ｆ
１４ 符号化／復号部
１５ ホストＩ／Ｆ
１６ 内部バス
２０ 不揮発性メモリ
３０ ホスト
３０１ 符号化部
３０２ 復号部
３０３ 検出部
３０４ パラメタ制御部

Claims (10)

  1. 符号を構成する複数のシンボルの集合である複数のシンボル群それぞれが、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の成分符号群によって保護されているＮ次元の誤り訂正符号で符号化されたデータが記憶された不揮発性メモリと、
    前記誤り訂正符号で符号化されたデータを前記不揮発性メモリから読み出し、前記Ｎ個の成分符号群に含まれる成分符号それぞれにより保護されるデータに対して限界距離復号を繰り返し実行する第１の復号処理を実行し、
    前記第１の復号処理に失敗した場合に、前記Ｎ個の成分符号群に含まれる成分符号のシンドロームによりエラーが含まれていると判定されるエラーシンボル群に対して、成分符号単位で限界距離を超えた復号を繰り返し実行する第２の復号処理を実行し、
    前記第２の復号処理の後に実行する前記第１の復号処理に失敗した場合に、前記第２の復号処理を実行する前の状態に戻すロールバック処理を実行し、
    前記第２の復号処理が停滞していることを検出した場合に、前記第２の復号処理で用いるパラメタを変更し、変更したパラメタを用いて、前記第２の復号処理をさらに実行する、
    メモリコントローラを備える、
    メモリシステム。
  2. 前記第２の復号処理は、前記エラーシンボル群に含まれる１以上のシンボルの値を反転した後に誤りを訂正する処理を含む、
    請求項１に記載のメモリシステム。
  3. 前記パラメタは、前記第２の復号処理で誤りを訂正する成分符号の数の最大値、および、前記ロールバック処理を実行するか否かを示す情報、のうち少なくとも一方である、
    請求項２に記載のメモリシステム。
  4. 前記パラメタは、前記第２の復号処理で誤りを訂正する成分符号の数の最大値、および、前記ロールバック処理を実行するか否かを示す情報であり、
    前記メモリコントローラは、
    前記第２の復号処理が停滞していることを検出した場合に、前記最大値を増加させ、増加させた前記最大値を用いて、前記第２の復号処理を実行し、
    前記最大値が上限値に達した後に、さらに前記第２の復号処理が停滞していることを検出した場合に、前記ロールバック処理を実行するか否かを示す情報を、前記ロールバック処理を実行しないことを示す値に変更し、前記第２の復号処理をさらに実行する、
    請求項３に記載のメモリシステム。
  5. 前記パラメタは、前記第２の復号処理で誤りを訂正する成分符号の数の最大値であり、
    前記メモリコントローラは、
    前記第２の復号処理が停滞していることを検出した場合に、前記最大値を増加させ、増加させた前記最大値を用いて、前記第２の復号処理を実行する、
    請求項２に記載のメモリシステム。
  6. 前記メモリコントローラは、
    前記第２の復号処理が停滞していないことを検出した場合に、増加させた前記最大値を減少させ、減少させた前記最大値を用いて、前記第２の復号処理を実行する、
    請求項５に記載のメモリシステム。
  7. 前記パラメタは、反転するシンボルの個数、および、シンボルを反転させる前記エラーシンボル群の個数、のうち少なくとも一方である、
    請求項２に記載のメモリシステム。
  8. 前記Ｎ個の成分符号群のそれぞれは、ＢＣＨ符号またはリードソロモン符号である、
    請求項１に記載のメモリシステム。
  9. 前記メモリコントローラは、
    すべてのエラーシンボル群について、前記第２の復号処理が失敗した場合に、前記第２の復号処理が停滞していることを検出する、
    請求項１に記載のメモリシステム。
  10. 前記メモリコントローラは、
    前記第２の復号処理を繰り返し実行したときに、前記Ｎ個の成分符号群がエラーを含むか否かを示す判定情報が変化しない場合に、前記第２の復号処理が停滞していることを検出する、
    請求項９に記載のメモリシステム。
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