天碩（TOPSSD）是一家長期專注于高可靠、高性能存儲(chǔ)技術(shù)創(chuàng)新的國家高新技術(shù)企業(yè)。在航空航天領(lǐng)域，天碩聚焦星載固態(tài)存儲(chǔ)系統(tǒng)自主研發(fā)。針對空間環(huán)境中單粒子效應(yīng)、總劑量效應(yīng)等核心難題，公司構(gòu)建了覆蓋芯片、固件到模組的全鏈條抗輻射加固設(shè)計(jì)體系，保障設(shè)備在軌長期穩(wěn)定運(yùn)行。目前，天碩航天級(jí)系列產(chǎn)品已成功應(yīng)用于多型多顆低軌衛(wèi)星，為新一代衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)與衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)提供高穩(wěn)定、高安全的數(shù)據(jù)支撐。

本文將系統(tǒng)講述工程師們是如何一步步克服艱難，將閃存送上太空的。

1988年，當(dāng)中國第一代極軌氣象衛(wèi)星“風(fēng)云一號(hào)”帶著磁帶機(jī)升空時(shí)，沒人能想到，三十年后，一顆普通的商業(yè)遙感衛(wèi)星，機(jī)載存儲(chǔ)容量會(huì)是它的幾十萬倍。

事實(shí)上，從磁帶到閃存，從單機(jī)孤立到星座互聯(lián)，航天存儲(chǔ)的每一次技術(shù)躍遷，都在回應(yīng)同一個(gè)命題：如何在最嚴(yán)酷的環(huán)境中，守護(hù)最珍貴的數(shù)據(jù)。

一、磁帶時(shí)代：緩慢的起點(diǎn)

早期的航天器，星載存儲(chǔ)系統(tǒng)像老式錄音機(jī)一般簡陋。

數(shù)據(jù)記錄依賴磁帶機(jī)。磁性涂層在塑料基帶上勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，傳感器信號(hào)被順序記錄下來。這種機(jī)械結(jié)構(gòu)有兩個(gè)天然缺陷：一是只能順序讀寫，想要讀取某一段數(shù)據(jù)，必須讓磁帶“倒帶”到指定位置；二是運(yùn)動(dòng)部件在發(fā)射時(shí)的劇烈振動(dòng)中，隨時(shí)可能卡死。

1990年代，我國發(fā)射的多顆科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星，都搭載著這類磁帶記錄器。單星存儲(chǔ)容量以Mb計(jì)，大概相當(dāng)于今天一張手機(jī)照片的大小。更大的問題在于，磁帶機(jī)上天之后，工作狀態(tài)幾乎不可知，直到衛(wèi)星返回，才能取出磁帶判讀數(shù)據(jù)。

在那個(gè)“能存就行”的年代，可靠性靠的是笨重的物理冗余，而非智能的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

二、閃存萌芽：從磁帶到固態(tài)的跨越

本世紀(jì)初，一個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)折發(fā)生了：NAND閃存開始進(jìn)入航天工程師的視野。航天級(jí)固態(tài)硬盤的雛形由此萌發(fā)。

與磁帶相比，閃存沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)，抗振能力天然占優(yōu)；與同期使用的SDRAM相比，閃存斷電后數(shù)據(jù)不丟失，更適合長期在軌存儲(chǔ)。更重要的是，閃存的集成度遵循摩爾定律快速提升，這讓大容量星載存儲(chǔ)第一次成為可能。

但閃存也有自己的命門：它對太空輻射毫無免疫力。

高能質(zhì)子、電子和重離子無孔不入，會(huì)讓閃存發(fā)生“單粒子翻轉(zhuǎn)”，好好的1變成0；長時(shí)間的輻射累積，又會(huì)造成“總劑量效應(yīng)”，讓器件性能逐漸退化。

這意味著，把地面上的U盤直接帶上天，是用不了的。尤其隨著閃存工藝從2D走向3D，從浮柵極演變?yōu)殡姾刹蹲浇Y(jié)構(gòu)，失效模式也更加復(fù)雜。

三、經(jīng)典范式：FPGA主控與SLC NAND

2000年代中期，國內(nèi)外逐漸形成了一套經(jīng)典的航天存儲(chǔ)解決方案：FPGA做主控，SLC NAND做介質(zhì)。

FPGA的并行處理能力強(qiáng)，且可以在設(shè)計(jì)階段就考慮抗輻射加固；SLC NAND每個(gè)存儲(chǔ)單元只存1比特?cái)?shù)據(jù)，可靠性遠(yuǎn)高于日常使用的MLC或TLC。這套組合，奠定了此后近二十年抗輻照SSD的技術(shù)范式。

美國水星公司2021年發(fā)布的一款存儲(chǔ)系統(tǒng)，就是這一范式的典型代表：3U VPX單板，一顆FPGA管理440GB的SLC閃存陣列。系統(tǒng)容量固定，功能固化，像一個(gè)精密的瑞士鐘表：可靠，但不靈活。

同一時(shí)期，國內(nèi)的西安微電子技術(shù)研究所開始系統(tǒng)性地探索星載固態(tài)存儲(chǔ)。這家單位是我國最早涉足該領(lǐng)域的機(jī)構(gòu)之一，從早期的原理樣機(jī)，到后來的工程化產(chǎn)品，累計(jì)形成了五代系列產(chǎn)品。第五代產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，與國際主流宇航級(jí)存儲(chǔ)產(chǎn)品相當(dāng)：Xilinx Virtex5系列FPGA做主控，2D SLC NAND做介質(zhì)，總?cè)萘窟_(dá)到8Tb。

8Tb，已經(jīng)是當(dāng)時(shí)國內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)的上限。不是技術(shù)做不到更大，而是介質(zhì)卡住了脖子。當(dāng)時(shí)國內(nèi)可選的抗輻射閃存，多為法國3D Plus的SIP模組：把工業(yè)級(jí)SLC顆粒篩選后，用陶瓷封裝加固。這種方式可靠，但工藝落后：單Die容量小，性能低，系統(tǒng)集成度上不去。

四、商業(yè)航天破局：吉林一號(hào)的里程碑

不過，2020年，一個(gè)標(biāo)志性事件打破了僵局。

這一年，全球最大的商業(yè)遙感衛(wèi)星“吉林一號(hào)寬幅01A”成功發(fā)射。它的星載存儲(chǔ)系統(tǒng)裝機(jī)容量達(dá)到40Tb，采用的介質(zhì)是工業(yè)級(jí)2D MLC閃存。不是傳統(tǒng)的宇航級(jí)SLC，而是來自商業(yè)供應(yīng)鏈的工業(yè)級(jí)芯片。

這是一個(gè)大膽的選擇。MLC的可靠性理論上低于SLC，但工業(yè)級(jí)顆粒經(jīng)過嚴(yán)格篩選和系統(tǒng)級(jí)加固，最終在軌表現(xiàn)穩(wěn)定。這套存儲(chǔ)系統(tǒng)采用了類似RAID磁盤陣列的架構(gòu)，多源載荷數(shù)據(jù)采集、緩沖、存儲(chǔ)、處理、文件化管理，全部集成在一個(gè)可擴(kuò)展的框架內(nèi)。

吉林一號(hào)的成功，標(biāo)志著我國星載固態(tài)存儲(chǔ)器技術(shù)邁入全球領(lǐng)先行列。更重要的是，這驗(yàn)證了商業(yè)航天存儲(chǔ)“用系統(tǒng)智能彌補(bǔ)器件不足”的路徑，可行。

這條路，與商業(yè)航天“低成本、快響應(yīng)、規(guī)?；钡倪壿嫺叨绕鹾稀．吘?，當(dāng)你要組建一個(gè)由上百顆衛(wèi)星組成的星座時(shí)，每一顆都堆砌昂貴的宇航級(jí)器件，成本上是難以承受的。

五、國產(chǎn)方案的深化：主控崛起與系統(tǒng)加固

吉林一號(hào)之后，國內(nèi)航天存儲(chǔ)進(jìn)入百花齊放期。一條清晰的技術(shù)路線逐漸成型：用高抗輻照能力的主控芯片，為工業(yè)級(jí)閃存“保駕護(hù)航”，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高可靠航天存儲(chǔ)。

主控承擔(dān)起應(yīng)對輻射的主要責(zé)任：通過糾錯(cuò)算法動(dòng)態(tài)調(diào)整，應(yīng)對單粒子翻轉(zhuǎn)；通過分布式IO重定向，把單粒子閂鎖從“災(zāi)難性短路”轉(zhuǎn)化為“可控的通路切換”；通過主動(dòng)健康監(jiān)控，提前預(yù)警壞塊增長和數(shù)據(jù)保持力下降。

在這一路線下，天碩（TOPSSD）逐漸進(jìn)入行業(yè)視野。通過推出全自研的P5500 PCIe主控芯片，我們?yōu)樾袠I(yè)帶來了國產(chǎn)化航天級(jí)存儲(chǔ)模組。這顆主控芯片支持PCIe Gen3 x4接口和NVMe 1.4協(xié)議，在抗輻照指標(biāo)上，其總劑量耐受超過100krad(Si)，單粒子鎖定閾值大于37 MeV·cm2/mg。配合全鏈路國產(chǎn)化閃存和“主動(dòng)健康管理”固件，天碩的航天級(jí)抗輻照存儲(chǔ)方案成功在神舟二十一號(hào)等任務(wù)中得到在軌驗(yàn)證。

可以說，當(dāng)前航天存儲(chǔ)的競爭都共同指向一個(gè)趨勢：正在從“誰能買到最好的器件”，轉(zhuǎn)向“誰能設(shè)計(jì)最聰明的系統(tǒng)”。

六、未來向何處去

站在2026年眺望，航天存儲(chǔ)正在經(jīng)歷兩個(gè)維度的擴(kuò)展。

一是向“上”擴(kuò)展：從存儲(chǔ)走向存算一體。隨著英偉達(dá)等廠商將高性能GPU送入軌道，星載AI邊緣計(jì)算成為現(xiàn)實(shí)。未來的存儲(chǔ)系統(tǒng)，不僅要存得下，還要算得快：在軌實(shí)時(shí)識(shí)別云層覆蓋、檢測艦船目標(biāo)，只把有效結(jié)果傳回地面。

二是向“外”擴(kuò)展：從單機(jī)走向星座互聯(lián)。2026年初，《科學(xué)報(bào)告》發(fā)表了一項(xiàng)前瞻性研究：O-RAID架構(gòu)。這個(gè)構(gòu)想將整個(gè)低軌衛(wèi)星星座視為一個(gè)分布式磁盤陣列，通過星間激光鏈路，把單顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)冗余分布于多顆衛(wèi)星。當(dāng)某顆衛(wèi)星失效時(shí)，可以通過星座內(nèi)的校驗(yàn)塊恢復(fù)數(shù)據(jù)。

隨著國家星網(wǎng)、千帆計(jì)劃等大型星座項(xiàng)目推進(jìn)，中國星載存儲(chǔ)的年需求量正在飛躍。在新的體量下，存儲(chǔ)系統(tǒng)的邊界，必然會(huì)從單板擴(kuò)展到整個(gè)星座。

結(jié)語

從磁帶的緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，到閃存的靜默存儲(chǔ)，再到星座間的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)，航天存儲(chǔ)的演進(jìn)，是人類將文明印記安全送入深空的縮影。

這條路沒有終點(diǎn)。隨著探測目標(biāo)越來越遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)精度越來越高，存儲(chǔ)系統(tǒng)必須不斷進(jìn)化。但有一點(diǎn)始終未變：在太空，數(shù)據(jù)不僅僅是比特，它是探測器的眼睛，是衛(wèi)星的大腦，是人類在浩瀚星河中每一小步的留存。

關(guān)于天碩（TOPSSD）

湖南天碩創(chuàng)新科技有限公司（TOPSSD）成立于2016年，是國家認(rèn)定的高新技術(shù)企業(yè)，長期專注于高可靠、高性能存儲(chǔ)技術(shù)的自主創(chuàng)新。公司立足國家戰(zhàn)略需求，面向航空、航天、國防和高端工業(yè)等關(guān)鍵領(lǐng)域，提供完全自主可控的核心存儲(chǔ)解決方案，切實(shí)保障國家關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)安全與運(yùn)行穩(wěn)定，為實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)提供堅(jiān)實(shí)支撐。