Advanced coding techniques for next generation storage device

Abstract

인터넷의 발전과 휴대용 통신기기의 발전에 힘입어 전세계적으로 생산, 소비되는 디지털 데이터의 양은 급속도로 증가하고 있는 추세이다. 이에 따라 과거 그 어느 때보다 고성능, 고집적도의 저장매체에 대한 연구가 요구되는 시점이다. 낸드 플래시 메모리 (NAND Flash Memory) 기반의 고체저장장치 (Solid State Drive)는 저전력 고속동작 및 물리적 충격에 강인한 장점을 가지고 있어 디지털 카메라, MP3 플레이어, 태블릿 피시 (Tablet PC)등과 같은 다양한 디지털 장치에 널리 사용되고 있다. 반면, 자기 테이프 (Magnetic Tape) 저장장치는 저장된 데이터의 접근횟수는 적으나 많은 양의 데이터를 오랜 시간 안전하게 저장하는 데에 가장 적합하다. 이러한 차세대 저장매체의 경쟁력을 높이기 위해 매체의 집적도를 증가시켜 단위면적당 더 많은 데이터를 저장하기 위한 연구가 계속되고 있다. 저장밀도의 증가는 데이터의 신뢰성을 악화시키고 수명을 단축시키므로 이를 효과적으로 처리하기 위한 오류정정부호 기술이 매체의 집적도 증가와 함께 뒷받침되어야 한다. 현재의 상용화된 저장매체에서 사용하는 오류정정부호는 복호과정에서 경판정 (hard-decision)결과값을 이용한다. 현재 사용되는 저장매체에서는 원비트오류 (Raw Bit Error Rate) 값이 낮아서 높은 부호율을 가지는 오류정정 부호를 사용하는 것만으로 충분하다. 한편, 이러한 환경에서는 경판정 값과 연판정(soft-decision)값을 가지는 경우를 비교하면 채널용량 (channel capacity)의 차이가 미미하여 연판정 값을 사용하는 오류정정 부호를 사용함으로써 얻는 이득이 거의 없어, BCH부호와 같은 경판정 결과를 이용하여 동작하는 오류정정부호를 사용하는 것이 실용적인 측면에서 적절하다. 하지만 미래의 저장매체는 높은 원비트 오류율을 가질 것으로 예상되며 경판정 값과 연판정 값의 채널용량이 큰 차이를 보이게 됨으로 연판정 기반의 오류정정 부호를 사용할 수 밖에 없을 것으로 예상된다. 본 고에서는 차세대 저장매체에 발생하는 오류의 원인과 특성을 알아보고 이를 효과적으로 정정하기 위한 오류정정부호를 제안하였다. 본 연구에서는 먼저, 대역폭이 제한된 환경에서 높은 부호화 이득을 가지는 격자 부호(Trellis Coded Modulation)를 내부 부호로 하고, 매우 작은 오류정정능력의 RS 부호를 외부 부호로는 하는 연접부호를 제안하였다. 내부 격자 부호는 셀 내 프로그래밍 단계를 증가시킴으로써 여분 비트를 저장하기 위한 셀을 추가로 요구하지 않으면서 부호화 이득을 얻을 수 있는 장점이 있다. 또한 복호 복잡도가 부호 길이에 대해 선형적이므로, 긴 부호길이를 가지는 낸드 플래시 메모리 환경에 적합하다. 격자 부호는 전체 격자를 격자 내부의 변조 점들간 유클리드 거리가 최대화 되는 방향으로 몇 개의 부분 격자로 분할(partition) 한다. 이때, 정보비트의 일부를 길쌈부호화 하여 부분 격자를 선택하는 용도로 사용하고, 남은 정보 비트들을 이용하여 선택된 부분 격자 내부의 변조 점을 선택하는 용도로 사용한다. 길쌈 부호는 일반적으로 Viterbi 복호기를 이용하여 복호 한다. 하지만, Viterbi복호시 발생하는 복호 오류는 연집(burst)된 오류 특성을 가지기 때문에 RS 부호를 이용하여 잔류 오류를 수정하게 된다. 본 연구에서는 부분 격자 선택정보에 대한 오류를 먼저 복호한 후 변조점 정보에 대한 오류를 정정하는 순차적 복호 방식을 고려하여 오류전파 (error-propagation)를 막고 정정해야 할 오류의 개수를 최소화 하였다. 또한, 부분 격자 선택 정보와 내부 변조점 선택정보를 같은 체(field)에서 정의된 RS부호를 사용하여 오류를 정정함으로서 전체 복호기의 복잡도를 간략화 하였다...