JP5535220B2 - デコーダ性能フィードバックを使用するメモリ・デバイス用の軟データ生成の方法および装置 - Google Patents
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Description
本願は、それぞれ参照によって本明細書に組み込まれている、2008年9月30日に出願した米国仮出願第61/194,751号および2009年6月30日に出願した国際出願第PCT/US09/49333号、名称「Methods and Apparatus for Soft Demapping and Intercell Interference Mitigation in Flash Memories」の優先権を主張するものである。
マルチレベル・セルNANDフラッシュ・メモリでは、しきい値検出器が、通常、特定のセルに関連する電圧値を事前定義のメモリ状態に変換するのに使用される。図2に、参照によって本明細書に組み込まれている米国特許第6,522,580号の教示に基づく、図1の例示的なマルチレベル・セル・フラッシュ・メモリ170の例示的なしきい電圧分布を示す。一般に、セルのしきい電圧は、そのセルがある量の電流を導通するようにするためにそのセルに印加される必要がある電圧である。しきい電圧は、セルに格納されるデータに関する測定値である。
図7に、セル間干渉、バック・パターン依存、雑音、および他のひずみなどの複数の例示的なアグレッサ・セル720に起因するターゲット・セル710について存在する外乱を示す。次の表記か、図7で使用されている。
WL ワード線、
BL ビット線、
BLo 奇数ビット線、
BLe 偶数ビット線、および
C キャパシタンス。
本発明は、フラッシュ・メモリの軟デマッピング技法および軟データ生成技法を提供する。下で図12Aに関連してさらに述べる、1つの例示的実施形態では、質を高められた軟データが、確率密度関数、その近似、ビット・ベースの確率、またはセル・ベースの確率などの確率統計を使用してフラッシュ・メモリによって割り当てられる軟データから生成される。下で図12Bに関連してさらに述べる、別の例示的実施形態では、軟データは、確率密度関数、その近似、ビット・ベースの確率、またはセル・ベースの確率などの確率統計を使用してフラッシュ・メモリによって割り当てられる硬データから生成される。一般に、フラッシュ・メモリによって割り当てられるデータは、最初に入手される。次に、本発明は、フラッシュ・メモリからのデータに基づいて、確率または信頼性情報などの軟情報を生成し、またはその質を高める。生成された軟情報を、オプションで、軟判定復号に使用することができる。本明細書で使用されるときに、用語「確率密度関数」は、確率密度関数と、ヒストグラムおよびガウス近似などのその近似とを含まなければならない。
本発明は、現在のフラッシュ・メモリ860、960が、通常はフラッシュ制御システム810、910に硬データだけを供給することを認めるものである。しかし、軟データが、復号プロセスで誤り率性能を改善できることが周知である。したがって、本発明の一態様によれば、フラッシュ・メモリ860、960からの硬データは、軟データを推定するのに使用され、これによって、フラッシュ制御システム810、910での復号性能を改善する。たとえば、後で述べるように、硬データの統計特性を使用して、軟データを推定するかその質を高めることができる。生成された軟データを、その後、誤り率性能を改善するために、LDPC符号の確率伝搬(belief propagation)復号などの復号に使用することができる。
図12Aは、フラッシュ・メモリ810、910によって供給される軟データから質を高められた軟データを生成するために本発明の特徴を組み込んだ例示的な軟デマッピング・プロセス1200を説明する流れ図である。図12Aに示されているように、例示的な軟デマッピング・プロセス1200は、当初に、ステップ1210中にターゲット・セルの軟データrをフラッシュ・メモリ810、910から入手し、オプションで、ターゲット・セルに関連するアグレッサ・セル(1つまたは複数)に格納されたデータを表す1つまたは複数の値hを入手する。
LDPC符号およびLDPC復号の次の背景の議論は、参照によって本明細書に組み込まれている、A.J.BlanksbyおよびC.J.Howland、「A 690−mW 1−Gb/s 1024−b, Rate−1/2 Low−Density Parity−Check Decoder」、IEEE J.Solid−State Circuits、Vol.37、404〜412頁(2002年3月)の議論に基づく。より詳細な議論について、読者は、BlanksbyおよびHowlandの論文全体を参照されたい。
LDPC符号を、2部グラフを使用して表すことができ、2部グラフでは、ノードの一方の集合は、パリティ検査制約を表し、他方の集合は、データ・ビットを表す。図13は、LDPC符号の例示的な2部グラフ表現1300を示す図である。パリティ検査行列は、グラフの結合行列であり、ここで、Hの列iに対応するビット・ノードiは、Hの項目hjiがセットされているすなわち非0である場合に、Hの行jに対応するチェック・ノードjに接続される。
sum−productアルゴリズムは、LDPC符号を復号するための反復アルゴリズムである。sum−productアルゴリズムは、メッセージ・パッシング・アルゴリズムまたは確率伝搬としても知られている。sum−productアルゴリズムのより詳細な議論については、たとえば、それぞれ参照によって本明細書に組み込まれている、A.J.BlanksbyおよびC.J.Howland、「A 690−mW 1−Gb/s 1024−b, Rate−1/2 Low−Density Parity−Check Decoder」、IEEE J.Solid−State Circuits、Vol.37、404〜412頁(2002年3月)、D.E.Hocevar、「LDPC Code Construction With Flexible Hardware Implementation」、IEEE Int’l Conf.on Comm.(ICC)、米国アラスカ州アンカレッジ、2708〜2712頁(2003年5月)、ならびにR.N.S.Ratnayake、E.F.Haratsch、およびGu−Yeon Wei、「A Bit−node centric architecture for low−density parity check decoders」、IEEE Global Telecommunications Conference(Globecom)、米国コロンビア特別区ワシントン、265〜270頁(2007年11月)を参照されたい。
LDPC符号を復号するsum−productアルゴリズムを実施する時の重要な課題は、メッセージの受渡しを管理することである。チェック・ノードとビット・ノードとの両方の機能性が、比較的単純なので、そのそれぞれの実現は、少数のゲートだけを用いる。主な問題は、機能ノードの間のメッセージの受渡しに必要な帯域幅の実施である。
r:受け取られた信号
s:格納されたビット(c0,c1,・・・,cm)によって与えられるオリジナルの格納された状態またはレベル
ci:符号化されたビット
m:セルあたりのビット数
χi ci:そのビット・ラベルが位置iで値Ci=ciを有する状態またはレベルの部分集合、である。ここで、La(Ci)は、たとえばLDPCデコーダ1090または1400などのデコーダによって供給される。最初の反復では、La(Ci)を0に初期化することができる。
フラッシュ・メモリ810、910から受け取られる、ターゲット・セルの1つまたは複数の軟値rおよびアグレッサ・セル(1つまたは複数)の1つまたは複数の値h−について、
軟出力がフラッシュ・メモリから使用可能ではなく、フラッシュ・メモリが、フラッシュ・メモリによって格納されたデータに割り当てられた状態またはレベルである硬データs^だけを供給する時には、外来LLRを、
軟出力がフラッシュ・メモリから使用可能ではなく、フラッシュ・メモリが、フラッシュ・メモリによって格納されたデータに割り当てられた状態またはレベルである硬データs^だけを供給するときには、外来LLRを、アグレッサ・セルに格納されたパターンh−に基づいて計算することができ、
デコーダからの軟出力が、軟デマッパ/軟データ・ジェネレータ内で使用されない(言い換えると、La(Ci)=0)であるときには、軟デマッパ/軟データ・ジェネレータ内の外来LLRを、次のように計算することができる。
軟データがフラッシュ・メモリから使用可能ではなく、デコーダからの軟出力が、計算の複雑さを減らすのに使用される場合には、外来LLRを次のように計算することができる。
フラッシュ・メモリからの軟出力(読取しきい電圧など)が、ガウス分布を有してモデル化される場合には、最初に格納されたか書き込まれたレベルsを仮定した軟出力p(r)の条件PDF p(r|s)を
フラッシュ・メモリからの軟出力が使用可能ではないときには、LLRを、軟出力がガウス分布であると仮定して次のように計算することができ、
硬出力のパターン依存LLRは、軟出力の分布がガウシアンとしてモデル化される場合に、次のように計算することができる。
軟デコーダ・フィードバックが使用されないときには、外来LLRを、フラッシュ・メモリからの軟出力が使用可能であるときの軟出力分布に関するガウス近似を使用して次のように計算することができる。
軟デコーダ・フィードバックが使用されないときには、外来LLRを、フラッシュ・メモリからの硬出力だけが使用可能であるときの軟出力分布のガウス近似を使用して次のように計算することができる。
図17A〜17Cは、フラッシュ・メモリからのデータの読出に関する統計を記録する例示的なセル・ベースの統計テーブルである。図17Aは、(書込レベル(s)および読取レベル(s^))の所与の対について、書込レベル(s)が書き込まれたときに
読取レベル(s^)が読み取られた回数を示す、例示的なセル・ベースの統計カウント・テーブル1700である。たとえば、書込レベル(s)も00と等しいときに、読取レベル(s^=00)は、10617回読み取られた。さらに、書込レベル(s)が01と等しいときに、読取レベル(s^=00)は、誤って148回読み取られた。カウント・テーブル1700は、オプションで、各行および列の合計をも示す。カウント・テーブル1700内の値は、図21、23、25、および28に関連して下で述べる、複数のセル・ベースの統計プロセスによって使用される。
基準セルを使用する統計収集
図19に、図3の例示的なフラッシュ・セル・アレイをさらに詳細に示す。図19に示されているように、例示的なフラッシュ・セル・アレイ1900は、すべての動作条件で信頼できるチャネル推定値または統計を提供するために複数の基準セル1920−ref1から1920−refN(本明細書では集合的に基準セル1920と称する)を含む。
図20は、本発明の基準セル実施形態に関するビット・ベースの統計生成プロセス2000の例示的実施態様を説明する流れ図である。一般に、ビット・ベースの統計生成プロセス2000は、ビット誤りを検出する確率p0を計算する。その後、誤りを検出する確率p0をLLRジェネレータ1550(図15)によって使用して、所望の軟データを計算することができる。当初に、統計生成プロセス2000は、ステップ2010中に、1つまたは複数の基準セル1920に既知のパターンを書き込む。前に示したように、既知のパターンは、たとえば、既知のビット・パターンまたは既知の記号パターンとすることができる。
図21は、本発明の基準セル実施形態に関するセル・ベースの統計生成プロセス2100の例示的実施態様を説明する流れ図である。図21に示されているように、セル・ベースの統計生成プロセス2100は、当初に、ステップ2110中に基準セル1920に1つまたは複数の既知の電圧レベルを書き込む。
本発明の復号済み符号語実施形態では、軟データは、基準セルとして復号済み符号語から入手されたデータを使用して、フラッシュ・メモリ・デバイス810、910などのメモリ・デバイスについて生成される。一般に、フラッシュ・メモリ・デバイスなどのメモリ・デバイスからの硬データが復号され、誤りのある復号済みビットの個数などのエラー・メトリックが入手される。たとえば、誤りのある復号済みビットの個数を、復号済みビットをメモリ・デバイスから入手された硬データと比較することによって入手することができる。この形で、復号済み符号語を、正しいと仮定することができ、復号済み符号語は、上で述べた基準セルとして働くことができる。
図22は、本発明の復号済み符号語実施形態に関するビット・ベースの統計生成プロセス2200の例示的実施態様を説明する流れ図である。一般に、ビット・ベースの統計生成プロセス2200は、復号済み符号語を使用して、誤りを検出する確率p0を計算する。その後、誤りを検出する確率p0を、LLRジェネレータ1550(図15)によって使用して、所望の軟データを計算することができる。当初に、統計生成プロセス2200は、ステップ2210中に、フラッシュ・メモリから硬データを入手する。
図23は、本発明の特徴を組み込んだセル・ベースの統計生成プロセス(復号済み符号語)2300の例示的実施態様を説明する流れ図である。一般に、統計生成プロセス2300は、復号済み符号語を使用して、セル・ベースの誤り確率を計算する。当初に、セル・ベースの統計生成プロセス2300は、ステップ2310中にフラッシュ・メモリから硬データを入手する。
前に示したように、誤り確率統計を、オプションで、メモリ・アレイの異なる位置について、アグレッサ・セルの異なるパターンについて、異なる温度について、異なる個数のプログラム/消去サイクルまたは読取サイクルについて、その他など、異なる条件について入手することができる。その後、同一条件が観察される時に、軟データを、正しい条件依存の統計または確率を使用して入手することができる。
図24は、メモリ・アレイ内の複数の異なる位置に関するビット誤りを検出する確率を推定する例示的なビット・ベースの位置固有統計生成プロセス2400を説明する流れ図である。たとえば、誤りを検出する確率p0,LOCを、異なるページ位置、ワード線位置、ビット線位置(偶数ビット線および奇数ビット線など)、およびマルチレベル・セル内の異なるビット(最上位ビット(MSB)および最下位ビット(LSB)など)のうちの1つまたは複数について入手することができる。図24に示されているように、例示的なビット・ベースの位置固有統計生成プロセス2400は、当初に、ステップ2430中に、所望の位置固有統計に基づいて、基準セルまたは復号済み符号語の所望の位置の誤りのあるビットの個数を判定する。たとえば、位置固有統計がMSBに関するものである場合には、ステップ2430中に、誤りのあるMSBビットの個数を評価する。MSB統計が入手されつつあるときには、たとえば、LSBビットなど、各セル内のすべての他のビットをオプションで無視できることに留意されたい。
セル・ベースの位置固有実施態様について、メモリ・アレイ内の関心を持たれている異なる位置は、たとえば、異なるワード線位置またはビット線位置(偶数ビット線および奇数ビット線など)のうちの1つまたは複数を含むことができる。
前に示したように、本発明のさまざまな実施形態は、1つまたは複数の軟値rについて、ターゲット・セルおよび1つまたは複数の値h−について、アグレッサ・セル(1つまたは複数)について、外来LLR、Leを計算し、ここで、h−は、アグレッサ・セル(囲むセル(1つまたは複数)などに格納されたデータ・パターンである。
図27は、少なくとも1つのターゲット・セル710(図7)に関連する1つまたは複数のアグレッサ・セル720の所与のパターンh−またはPATTに関するビット・エラーを検出する確率p0,PATTを推定する例示的なビット・ベースのパターン依存統計生成プロセス2700を説明する流れ図である。当初に、ビット・ベースのパターン依存統計生成プロセス2700は、ステップ2720中に基準ターゲット・セル710および潜在的に関連するアグレッサ・セル(1つまたは複数)720を読み取る。さらに、ステップ2725中に、読み取られたターゲット・ビットごとに、関連するアグレッサ・セル720のパターンPATTを識別する。このパターンは、ステップ2725中に、たとえば書き込まれた既知のパターンを評価することによって、または基準セルもしくは復号済み符号語の実際の読取動作に基づいて、識別することができる。
図28は、少なくとも1つのターゲット・セルに関連する1つまたは複数のアグレッサ・セルの所与のパターンに関する誤りを検出する確率を推定する例示的なセル・ベースのパターン依存統計生成プロセス2800を説明する流れ図である。図28に示されているように、セル・ベースのパターン依存統計生成プロセス2800は、当初に、ステップ2820中に1つまたは複数のターゲット・セルを読み取る。その後、ステップ2825中に、関連するアグレッサ・セル(1つまたは複数)のパターンh−またはPATTを識別する。
前に示したように、NANDフラッシュ・メモリ・チャネルなどのある種のチャネルでは、2進0および2進1などの異なる可能な2進値の誤りを検出する確率が、大きく異なる可能性がある。したがって、本発明は、オプションで、非対称チャネルの誤りを検出する確率を提供する。図29および30は、2進0および2進1などの2つの可能な2進値の誤り確率pおよびqを推定する例示的な非対称統計生成プロセス2900、3000を提供する。下でさらに述べるように、図29は、基準セルを使用して非対称統計を推定し、図30は、復号済み符号語を使用して非対称統計を推定する。したがって、本発明は、フラッシュ・メモリからの硬データに基づいて可能な2進値ごとに非対称LLRを提供する。
前に示したように、NANDフラッシュ・メモリ・チャネルなどのある種のチャネルでは、2進0および2進1などの異なる可能な2進値の誤りを検出する確率が、大きく異なる可能性がある。したがって、本発明は、オプションで、非対称チャネルの誤りを検出する確率を提供する。図29は、本発明の基準セル実施形態の2つの可能な2進値の誤り確率を推定する例示的な非対称統計生成プロセス2900を説明する流れ図である。
図30は、本発明の復号済み符号語実施形態の2つの可能な2進値の誤り確率を推定する例示的な非対称統計生成プロセス3000を説明する流れ図である。図30に示されているように、非対称統計生成プロセス3000は、当初に、ステップ3010中にフラッシュ・メモリから硬データを入手し、ステップ3020中に硬データを復号する。
本発明の諸態様は、満足されないパリティ検査を、軟データを入手するために性能メトリックとして使用することもできることを認めるものである。(N,K,J,L)LDPC符号を検討されたく、Nは、符号語長であり、Kは、未符号化符号語長(符号語内のユーザ・データ長)であり、JおよびLは、それぞれパリティ検査行列の列重みおよび行重みである。(N,K,J,L)LDPC符号語が、誤り確率p0で伝送されるか格納される時に、チェック・サムが最初の反復で不合格になる確率を、次のように表すことができる。
図32は、満足されないパリティ検査を使用してメモリ・アレイ1900内の複数の異なる位置の誤り確率統計を入手する例示的な位置固有統計生成プロセス3200を説明する流れ図である。たとえば、誤り確率統計を、異なるページ位置、ワード線位置、ビット線位置(偶数ビット線および奇数ビット線など)、およびマルチレベル・セル内の異なるビット(最上位ビット(MSB)および最下位ビット(LSB)など)のうちの1つまたは複数について入手することができる。一般に、位置固有統計は、満足されないパリティ検査を使用して、所望の位置にビットを位置決めする符号語を使用することによって入手される(ステップ3210)。
図33は、満足されないパリティ検査を使用して2つの可能な2進値の誤りを検出する確率を推定する例示的な非対称統計生成プロセス3300を説明する流れ図である。本発明のこの態様は、平均誤り確率p−
を、満足されないパリティ検査に基づいて計算できることを認めるものである(ただし、p−=(p+q)/2)。pおよびqの値を、平均誤り確率確率p−と、誤り確率pおよびqの比kとに基づいて計算することができる。
本明細書の複数の流れ図は、ステップの例示的シーケンスを説明するが、そのシーケンスを変更できることも、本発明の実施形態である。アルゴリズムのさまざまな置換が、本発明の代替実施形態として企図されている。本発明の例示的実施形態を、ソフトウェア・プログラム内の処理ステップに関して説明したが、当業者に明白であるように、さまざまな機能を、ディジタル領域でソフトウェア・プログラム内の処理ステップとして、ハードウェアで回路要素または状態機械によって、あるいはソフトウェアとハードウェアとの両方の組合せで実施することができる。そのようなソフトウェアを、たとえば、ディジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路、マイクロコントローラ、または汎用コンピュータで使用することができる。そのようなハードウェアおよびソフトウェアを、集積回路内で実施される回路内で実施することができる。
Claims (10)
- メモリ・デバイス内で少なくとも1つの軟データ値を生成する方法であって、
デコーダから性能フィードバックを入手することと、
前記性能フィードバックに基づいて読取統計を入手することと、
前記入手された読取統計に基づいて前記少なくとも1つの軟データ値を生成することと
を含む方法。 - 前記性能フィードバックは、(i)前記デコーダによって復号されたデータに基づく誤りのあるビットの個数、(ii)前記デコーダによって復号されたデータ、および、(iii)満足されないパリティ検査の個数、の1つ以上を含む、請求項1に記載の方法。
- メモリ・デバイス内で少なくとも1つの軟データ値を生成する方法であって、
硬データを入手することと、
前記硬データを復号することと、
前記復号されたデータに基づいて読取統計を入手することと、
前記入手された読取統計に基づいて前記少なくとも1つの軟データ値を生成することと
を含む方法。 - 前記軟データ値は、(i)1つまたは複数の対数尤度比を生成するのに使用される軟読取値、および(ii)1つまたは複数の対数尤度比、の1つ以上を含む、請求項3に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの軟データ値は、メモリ・アレイの1つまたは複数の所望の位置について入手され、誤りのあるビットの個数は、前記1つまたは複数の所望の位置について判定される、請求項3に記載の方法。
- 前記読取統計は、少なくとも1つのターゲット・セルに関連する1つまたは複数のアグレッサ・セル内の所与のパターンPATTについて入手され、前記方法は、1つまたは複数のターゲット・セルおよび1つまたは複数の関連するアグレッサ・セルについて硬データを復号するステップと、前記関連するアグレッサ・セル内の前記所与のパターンPATTを有する誤りのある復号されたターゲット・ビットの個数を判定するステップと、誤りのある復号されたターゲット・ビットの前記個数に基づいて前記所与のパターンについて前記読取統計を入手するステップとをさらに含む、請求項3に記載の方法。
- 前記読取統計は、複数の可能な値について入手された非対称読取統計を含み、前記方法は、前記復号されたデータ内の第1の値を有する誤りのあるビットの個数を判定するステップと、前記復号されたデータ内の第2の値を有する誤りのあるビットの前記個数を判定するステップと、前記第1の値を有する誤りのあるビットの前記個数に基づいて前記第1の値に関する読取統計を入手するステップと、前記第2の値を有する誤りのあるビットの前記個数に基づいて前記第2の値に関する読取統計を入手するステップとをさらに含む、請求項3に記載の方法。
- メモリ・デバイス内で少なくとも1つの軟データ値を生成する方法であって、
満足されないパリティ検査の個数を入手することと、
満足されないパリティ検査の前記個数に基づいて前記少なくとも1つの軟データ値を生成することと
を含む方法。 - 前記軟データ値は、(i)1つまたは複数の対数尤度比を生成するのに使用される軟読取値、および(ii)1つまたは複数の対数尤度比、の1つ以上を含む、請求項8に記載の方法。
- 前記軟データ値は、メモリ・アレイの1つまたは複数の所望の位置について入手され、前記1つまたは複数の所望の位置内のビットを有する符号語は、使用され、満足されないパリティ検査の前記個数は、前記符号語について入手される、請求項8に記載の方法。
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