极化码在固态硬盘中的应用

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随着计算机三大件的最后一件:存储系统也搭上了摩尔定律的快车,以半导体为存储介质的固态硬盘因为其高性能轻便等优点也逐渐取代传统的机械硬盘,随之而来也向纠错码提出了更高的要求。固态盘中传统的BCH纠错码和近年的LDPC码存在的性能问题和误码平台问题,极化码作为一种新兴的编码很好的解决了上述编码存在的问题,在固态盘纠错码中的应用具有很大潜力。极化码虽然在无线通信领域已经有一定的研究基础,但在存储系统领域的研究还较为缺少。本文针对极化码在固态盘中的应用展开了研究,从固态盘纠错码对极化码的应用要求,极化码的有效构造方案,极化码的编码和解码过程,系统测试平台几个方面展开说明。论文首先构造了用于固态盘的不同码率的极化码。由于固态盘的特殊结构,纠错码的长度必须符合2的幂次方,本文通过一种有效降低空间时间复杂度的构造算法,利用的信道条件为参数,生成了几种不同码率的码字,码率分别为0.90,0.93,0.94和0.96,码长为8192的极化码。论文其次实现了一种可配置的编码器和解码器。编码器模块采用二分递归的结构实现编码算法的极化过程,并采用了并行和串行混合结构用于平衡速度和面积的消耗。解码器模块主要由似然比和部分和的解码计算模块,解码树形时序信息模块和路径修剪模块组成。其中路径修剪模块采用了多模式的方式,最多支持三种模式的串行抵消列解码算法。整个编解码器的资源消耗相比其他同码长的工作降低了 10%的资源消耗,采用乒乓操作方式使吞吐率达到561 MBps,提高了约28%的系统吞吐率。最后论文搭建了一个解码性能的测试平台,用硬件逻辑模拟了实际二进制对称信道的参数,并通过微控制器进行配置,实现模拟不同生命周期的情况。在该测试平台上对不同码率、不同参数的极化码进行了解码性能测试。最终测试的误码率数量级达到10-14,相比已有同信道下的软件仿真工作结果提高了 6个数量级,结果显示出极化码在这一范围内并不存在解码平台。最后测试了不同信道条件参数的极化码的解码性能曲线,证明了在固态硬盘中动态配置极化码能取得整体性能最优。
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