第13回【科普】：什么是ECC？对内存产品有什么帮助？

大家都注意到去年发布新一代DDR5内存自带ECC纠错功能。

过去ECC应用在服务器产品中由特定的主板和CPU才能实现ECC功能，而现在DDR5内存通过内存集成的ECC芯片可以自行检测和纠正内存单元内的数据。

今天就来讨论下ECC纠错功能，大家有其他想法的可以在评论区进行补充

ECC是什么？

ECC的全称是 Error Checking and Correction or Error correctionCoding，是一种用于差错检测和修正的算法。

NAND闪存在生产和使用中都会有坏块产生，BBM就是坏块的管理机制。

那么为了在使用过程中减少坏块的产生，通过2种方式进行预防：

1、利用磨损平衡（WL）提前预防坏块产生；

2、已经产生“坏块”的引入ECC，通过ECC对“坏块”进行有效检测及纠正。

如果操作时序和电路稳定性不存在问题，NAND闪存出错的时候一般不会造成整个Block或Page不能读取甚至全部出错，而是整个Page中只有一个或几个bit出错，这个时候ECC针对出错的bit进行检测和纠正。

从DDR5自带ECC功能来看就是在内存中增加存储芯片，这样能检测和纠正内存单元中的数据错误，同时也能够有效提高DRAM芯片良率。

奇偶校验

在ECC技术出现之前，内存中应用最多的另外一种错误检查技术，是奇偶校验位（Parity）技术。

奇偶校验，即Parity Check，根据被传输的一组二进制代码的数位中“1”的个数是奇数或偶数来进行校验通常用于确定数据是否出错。

在数字电路中，最小的数据单位就是叫“比特（bit）”，也叫数据“位”，“比特”也是内存中的最小单位，它是通过“1”和“0”来表示数据高、低电平信号。

在数字电路中8个连续的比特是一个字节（byte），如：字节中某一存储数值（1、0、1、0、1、0、1、1）相加是5，结果奇数。

采用偶校验，校验位就定义为1，5+1=6为偶数；

对于奇校验，则为0，5+0=5奇数。

当CPU读取存储的数据时，会再次把前8位中存储的数据相加，计算结果是否与校验位相一致（即下面讲到的与ECC签名是否一致）。

但Parity（奇偶校验位）的不足是：当内存查到某个数据位有错误时，不能准确定位存在错误的数据位，也就不一定能修正错误。

而且当数据量大时，数据出错的几率也就越大，对于只能纠正简单错误的奇偶检验的方法就无法纠正，由此出现错误检查和纠正（Error Checking and CorrecTIng）。

ECC的运作原理：

ECC是在奇偶校验的基础上发展起来，与奇偶校验技术一样，ECC纠错技术也需要额外的空间来储存校正码，但其占用的位数跟数据的长度并非成线性关系。

具体来说，它是以8位数据、5位ECC码为基准，随后每增加一个8位数据只需另增加一位ECC码即可。

也就是说当数据位为16位时ECC位为6位，32位时ECC位为7位，数据位为64位时ECC位为8位，依此类推，数据位每增加一倍，ECC位只增加一位。

所以ECC有更多位数的校验位，容错能力更强。

ECC纠错算法分类有哪些？

常用的闪存ECC 纠错算法有BCH (Bose–Chaudhuri–Hocquenghem codes)和LDPC(Low Density Parity Check Code)意思是低密度奇偶校验码。

目前SSD最普遍使用的ECC码是BCH码。

当数据写入的时候，控制器内部的ECC模块计算数据并生成ECC签名（由此提供可信的数据背书），一般来说这个步骤非常快，因此并不会影响整个SSD太多的性能表现。

ECC的签名一般来说都保存在NAND页后部的SA区域，当数据从NAND读取的时候ECC模块回去读取ECC签名，并对照相同与否来发现出现的错误。

如检测到数据错误就会生成独特的ECC算法（如BCH）进行修改。

如ECC纠正不过来, 一般会报ECC Fail, 用户表现为Read Fail，有时候ECC甚至诊测不到出错, 就会导致数据错误。

如果如果整个页甚至块出现大面积错误，那么只有RAID（RedundantArrays of Independent Disks磁盘阵列）这类的冗余保护才能修复了。

RAID由很多块独立的磁盘，可利用同位检查（Parity Check）的观念，当数组中任意一个硬盘发生故障时，仍可读出数据。在数据重构时，可将数据经计算后重新置入新硬盘中。

而关于LDPC处理技术在金泰克纯国产硬盘C320中有所应用内存ecc校验错误怎么办，下期会单独讲解LDPC处理技术。

ECC的错误认识

谈到服务器内存，大家都强调买ECC内存，认为ECC内存速度快，其实是一种错误地认识。

ECC内存成功之处并不是因为它速度快(速度只与内存类型有关)，而是因为它有特殊的纠错能力，使服务器保持稳定。这种ECC纠错功广泛应用于各种领域的计算机指令中，是一种指令纠错技术。

ECC内存插到普通PC主板上吗？

目前消费类内存自带ECC功能的产品是DDR5，但DDR5防呆口与D4不同，在现有的DDR4平台上无法使用，需购买支持DDR5的主板。

且11代以及以前的处理器不支持DDR5内存内存ecc校验错误怎么办，所以需配置新的主板和处理器。

去年12月酷睿12代也正是对外发布，支持新一代DDR5内存。