为什么需要LDPC？

上次ECC科普中提到ECC纠错算法分类有BCH和LDPC两种，那么下图就是BCH和LDPC纠错算法的原始误码率和纠错失败概率图

从上图中曲线从右到左依次是BCH，LDPC 硬判决算法（硬解码），LDPC 软判决法（软解码），纵轴表示纠错失败的概率，横轴表示RBER（Raw Bit Error Rate原始误码率）。

可以看到，LDPC 软判决算法由于有更多的信道信息，相对于BCH 和硬判决LDPC 算法更有优势。

所以目前主流消费类的SSD都采用LDPC 纠错算法。

在固态硬盘纠错技术中使用LDPC纠错则是近几年的新发展，能够将以往基于传统BCH码的闪存纠错能力提升3倍以上。

什么是LDPC算法?

LDPC，是Low Density Parity Check Code的简称，意思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；

1981年Tanner推广了LDPC码且给出了LDPC码的图，后称为Tanner图；

1995年MacKay和Neal等人对LDPC码重新进行研究，提出了可行的译码算法；

LDPC纠错算法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解码

LDPC码的译码算法包括三大类：硬判决译码，软判决译码和混合译码。

在SSD内部的LDPC解码包括了两方面内容：硬解码(Hard Decode)和软解码(Soft Decode)。

LDPC解码的方法就是收到码字（G阵生成矩阵）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。

从上图看，LDPC软判决的纠错能力更强，但延迟会比硬盘架更高一些。

简单来说，硬解码与BCH纠错类似，只将硬判决的数据作为输入，只需一次读取就能实现。

硬判决是简单通过设定阈值来输出结果，将闪存读取电压转换成二进制，大于0的判断为1，小于0的判断为零，简单粗暴一刀切。

LDPC硬解码执行起来延迟较低，效果比BCH纠错码配合Read Retry要好。

LDPC在SSD中的纠错流程如上图所示。

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。

软解码则更像是LDPC纠错的精髓。

LDPC纠错中的软解码不仅有重复读取的操作，还多次读取，针对参数情况进行调整，取得多组不同的“软数据”，再将这些读取到的软数据结合对数似然比(Log-likelihood Ratio)进行多次迭代运算，最终完成LDPC软解码。

如果说硬判决是一半对一半的一刀切，软判决更具人性化。

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, 通过多组软数据得出的计算结果，最终给出更精确、更接近真实的纠错效果。如下图：

为了提高性能，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。

总的来说LDPC硬解码先进行一批数据的过滤，硬解码无法验证纠错的部分则进入到软解码进行，以此来提高数据的安全性，延长SSD使用寿命的同时提升使用体验。