bit-error-rate-analysis-of-cactus-technologies-sd-card-productscactus-sd卡产品的比特误码速率分析外

BitErrorRateAnalysisofCactusTechnologiesSDCardProducts1.IntroductionCactusTechnologiesproductsarebuiltusingonlythehighestqualitySLC(SingleLevelCell)NANDflashdevices.However,similartoharddiskmedia,NANDflashmediaisnotperfectandsofterrorswillinevitablyoccurduringusage.VariouspublishedpapershaveshownthattherawBER(BitErrorRate)ofSLCNANDisintherangeof1E­9to1E­11.WhilethisisquitegoodandsignificantlybetterthanthatofMLC(MultiLevelCell)NAND,manypplicationsrequireBERsthatareonparwith,orbetterthanthoseprovidedbytraditionalharddiskdrives,whichtypicallyhasBERsintherangeof1E­15.Fortunately,thesofterrormechanismsinSLCNANDarewellunderstoodandcanbeeasilycompensatedforwiththeuseofarobustECC.Inthispaper,wewillprovideabriefanalysisoftheBERofCactusSDCardproductsandshowhowthestrongbuilt­inECCinthecontrollerisabletoprovidetypicalapplicationBERsthatcanmatchorevensurpassthatoftypicalharddiskdrives.2.TheProblemBit'disturb'phenomenaisinherenttotheNANDCactusTechnologiesLimitedasharchitecture.Therearethreebasiccausesofsuchbit'disturbs':●Programdisturb●Readdisturb●ChargeleakageProgramdisturboccurswhenunselectedcellsareexposedtohighvoltageswhenneighboringcellsarebeingprogrammed.Theresultofthisinadvertentexposuretohighvoltagesisthattheaffectedcellappearsslightlyprogrammed.Readdisturboccurswhenunselectedcellsareexposedtonormaloperatingvoltageswhenneighboringcellsarebeingread.Theresultofthisistheaffectedcellappearsslightlyprogrammed.Duetothemuchlowervoltagesusedduringreadoperations,readdisturbeffectsaremuchweakerthanthoseofprogramdisturb.Chargeleakageoccursbecausethestoredchargeonthefloatinggateoftheflashcellwillslowlyleakawayovertime,thuscausingaprogrammedcelltograduallybecomeunprogrammed.Fortunately,allthreetypesofdisturbmechanismdescribedabovearenotpermanentandtheaffectedcellsare'restored'oncetheblockiserased.Therefore,toovercomethesofterrorsthatarecausedbythesebit'disturbs',allthatisrequiredisasufficientlypowerfulECCthatisdesignedfortheerrorcharacteristicsoftheflashmedia.3.BERAnalysisCactusTechnologiesSDCardsemployaReedSolomoncodeECCcapableofcorrecting4symbolerrorsovera528byteblock.AsimplemathematicalanalysiswillshowtheimprovementinBERthatthisECCprovides.Inthefollowinganalysis,thevariablesare:Praw:rawbiterrorraten:blocksizeexpressedas#ofsymbolst:#ofcorrectablesymbolsPapp:finalapplicationbiterrorratePfail(n,i):probabilityofierrorsinnsymbolsTheprobabilityofanuncorrectableerrorafterECCisappliedisequaltothesumoftheprobabilitiesofatleastt+1errors.i.e.Papp=Thissumcanbeapproximatedbythelargestterm,whichistheprobabilityofreceivingexactlyt+1errors(sincealltheothertermsareatleastPrawlessinprobability).Thus,thefinalapplicationbiterrorratecanbeapproximatedby:Pappwherent+1Ifweplotthisequationusingvariousvaluesoft,weendupwithagraphsimilartothefollowing:NotethatwhilethegraphaboveisforBCHcodes,thedifferencebetweenReedSolomoncodesandBCHcodesinthisapplicationissmall,asReedSolomoncodesaremathematicallyaspecialsubsetofBCHcodes.ThisisevidentinthefollowingdatapresentedbyMicronCorporation:DesignedErrorCorrectionLevelTypicalApplicationBitErrorRatesRead-SolomonBinaryBCHt=12.34e-152.34e-15t=27.69e-157.73e-15t=43.41e-153.47e-15t=63.59e-153.72e-15t=83.09e-153.28e-15Itcanbenotedthatfromthetheoreticalcalculationthatwehavepresentedandassumingthe3basicsofterrormechanismsinsection2arethemainsourceoferrors,thattheReedSolomonECCcodeinuseinCactusSDCardproductsismorethansufficienttobringtheapplicationBERtolevelscomparabletothoseinharddiskdrives.TheMicrondatashowsthatinactualNANDflashdevices,thereareprobablyothersourcesofdefectsotherthanthe3thatwedescribedinsection2,whichpresentsalimittotheachievableimprovementinBERs.Nonetheless,evenwithactualmeasureddataaspresentedbyMicron,thet=4ReedSolomoncodeisstillabletoachieveafinalBERbetterthan1E­15.MostpaperspresentedinthetechnicalmediahasshownthatforSLCNANDflash,at=1ort=2ECCismorethansufficienttoprovideafinalBERcomparabletoharddiskdrives.4.concludionWecantherefore,safelyconcludethatCactusTechnologiesSDCardscanachieveanapplicationBERof1E­15orbetter.CactusSD卡产品的比特误码速率分析1、介绍单元测试原理技术的产品只建立在使用高质量的SLC（单层单元）NAND（非易失）技术的设备上。但是，它与磁盘媒体相类似。NAND技术是不完善的，而且软件错误会不可避免地发生在用法中。个别发表过的论文已经显示了SLCNAND技术的比特误码速率在1E-9到1E-11的范围内。而比起MLC（多层式储存单元）技术的误码率，这是相当好且明显更好的，在数值相同时，许多应用要求误码率，或许好过那些有传统硬盘驱动器规定的误码率。MLC通常有1E-15的误码率。幸运的是，这个SLCNAND里软件错误机制是容易理解和容易能用一个健全的ECC（错误检查和纠正）技术来补偿。在这篇论文中，我们将会提供一个关于CactusSD卡产品误码率的简要分析，和展示ECC技术在控制中如何强壮地建立才能提供能够匹配的典型的应用误码率，甚至是超越典型的硬盘驱动器的误码率。2、问题比特“干扰”现象固有NAND技术被灰色的体系机构所限制。比特“干扰”现象的基本成因包括以下三个：·编程干扰·阅读干扰·电荷泄露当邻近的单元正在被编排，未选中的单元被暴露在高压下时，编程干扰就会发生。这无意暴光高压的结果是受影响的单元出现些微的编程。当邻近的单元被读，未选中的单元被暴露在正常操作的电压时，阅读打扰就会发生。这样的结果是受影响的单元出现些微的编程。因为在阅读操作中出现过低的电压，阅读干扰的影响将比那些编程干扰弱得多。电荷泄露发生时因为被储存的电荷在浮栅的闪光单元讲会慢慢地随着时间的推移而漏出，从而导致一个编程单元渐渐成为未列入编程部分。幸运的是，三种干扰机制的类型以上描述的不是永久的，而且受影响的单元一旦一块被抹去就会“恢复”。因此，克服软件错误是由这些比特“干扰”造成的，一切被要求的是一个充分强大、被设计成误差特征闪光媒体？的ECC（错误检查和纠正）技术。3、误码速率分析Catus技术SD卡雇用一个ReedSlomon（里德所罗门）密码ECC（错误检查和纠正）技术，是一个能够纠正4个象征错误超过528个字节的ECC技术。一个简单的数学分析将会显示这个ECC技术在误码率中提供的重要性。在以下的分析中，变量是：Praw:原比特误码率n:块大小的符号表示为＃t:＃符号的更正Papp:最终的应用误码率Pfail(n,i):n个符号中i个错误的概率在ECC应用后的一个不可纠正的错误可能性等于t+1个错误总和的可能性。Papp=这个总和可以近似为最大项，这是精确接收t+1个错误的可能性（因为其他的所有项的可能性至少小于Praw）。因此，最终的应用比特错误率可以近似为：Papp其中nt+1如果我们用t的各种值来绘制这个方程，就得出类似下面的一副图：注意，当上述图中是用BCH码时，里德所罗门码和BCH码在此应用上的差异是很小的，因为里德所罗门在数学上是一个特殊的BCH码.下表是由美光公司提供数据明显可以证明这一点：误差修正设计水平比特错误率的典型应用里德所罗门码BCH码t=12.34e-152.34e-15t=27.69e-157.73e-15t=43.41e-153.47e-15t=63.59e-153.72e-15t=83.09e-153.28e-15可以说，从理论上计算，我们已经提出和假设第2部分中的3个基本软件错误机制是错误的主要来源，因此里德所罗门ECC码在SD卡产品中的使用比在硬盘驱动器中能带来的比特错率水平更多。美光公司的数据显示：实际的NAND闪存器件有可能有其他的缺钱来源而不是我们在第2部分描述的那3种可能来源，他代表了一个比特错误率中可获得的改进的限制。但是，即时有了美光科技公司提供的实际测量数据，T=4里德所罗门码仍然能够比1E-15取得更好的最后误码率。大多数在技术刊物上发表的论文都显示：对于SCLNAND闪存，t=1或者t=2的错误检查和纠正比硬盘驱动器等能够充分的提高最终的比特错误率。4.总结因此，我们可以安全的得出注意一个结论：仙人掌科技的SD卡可以更好的实现应用1E-15的比特误码率。目录第一章总论 1第一节项目概述 1第二节可行性研究的依据 3第三节可行性研究的范围和内容 3第五节技术经济指标 4第二章项目背景和建设的必要性 5第一节项目提出的背景 5第二节项目建设的必要性 7第三章 需求分析及服务规模与标准 9第一节 需求分析 9第二节 服务规模与标准 10第四章 项目选址及建设条件 13第一节项目选址 13第二节 项目区自然条件 13第三节 项目区社会经济条件 18第四节 项目区基础设施状况 20第五章 规划设计和建设方案 23第一节设计依据和目标 23第二节规划方案分析 25第三节建设方案 31第六章 消防 46第七章 环保和劳动安全卫生 47第一节环境保护 47第二节劳动安全卫生 48第三节建议 50第八章 节能分析 52第一节概述 52第二节节能设计依据 52第三节能耗分析 53HYPERLINK\l"_T