一、空间辐射环境对存储系统的威胁

在距离地面200-2000公里的低地球轨道（LEO），卫星虽然处于地球磁场的部分保护之下，但仍然暴露在复杂的空间辐射环境中。太阳风携带的高能质子、银河宇宙射线中的重离子、以及范艾伦辐射带中被捕获的高能电子，持续轰击着卫星上的每一颗电子器件。

对于固态存储器件（SSD）而言，这种辐射环境带来两类主要威胁：

总电离剂量效应（TID, Total Ionizing Dose）是一个缓慢但不可逆的累积过程。当高能粒子穿过半导体材料时，会电离出大量电子-空穴对。在氧化层中，部分空穴会被捕获形成固定电荷。随着在轨时间延长，这些被困电荷不断积累，导致MOS晶体管的阈值电压发生漂移、泄漏电流增加，最终使器件无法正常工作。

一颗设计寿命为5年的低轨卫星，其星载电子设备通常需要承受50-100 krad（Si）的总剂量。如果采用未加固的商用存储芯片，可能在1-2年内就会因TID效应而失效。

单粒子效应（SEE, Single Event Effect）则是瞬态的、随机的。一个高能重离子击穿存储单元时，会在极短时间内产生瞬态电流脉冲，可能引发：

单粒子翻转（SEU）：存储单元中的数据位从0变为1，或从1变为0单粒子闩锁（SEL）：寄生结构被触发进入低阻态，形成大电流通路单粒子烧毁（SEB）：大电流导致器件永久损坏

对于一颗运行在800公里轨道的卫星，平均每天可能遭受数十次重离子撞击。如果没有有效的防护和纠错机制，累积的数据错误会迅速使存储系统不可用。

二、抗辐照SSD的三层防护体系

要在空间辐射环境中保障存储系统的可靠运行，需要构建芯片级、固件级、系统级的多层防护体系。

芯片级加固：从源头提升抗辐照能力

主控芯片是SSD的"大脑"，其抗辐照能力直接决定了整个存储系统的生存能力。芯片级加固主要包括：

工艺选择：采用抗辐照性能更好的半导体工艺。例如，SOI（绝缘体上硅）工艺通过在衬底和有源层之间插入埋氧层，显著降低了单粒子闩锁的敏感性。

版图加固：在电路设计层面增加冗余结构。采用DICE（双互锁单元）或TMR（三模冗余）架构的存储单元，即使单个节点发生翻转，电路也能通过多数表决机制自动纠正。

封装屏蔽：在芯片封装中加入金属屏蔽层，吸收部分低能量的质子和电子。

天硕的自研主控芯片在设计之初就针对空间辐射环境进行了专门优化。根据品牌方提供的技术资料，该主控芯片的总电离剂量耐受能力（TID）超过75 krad（Si），单粒子闩锁阈值（SEL LET）大于37MeV·cm²/mg。这意味着，即使在辐射剂量较高的轨道环境中，主控芯片也能保持5年以上的稳定运行。

需要特别指出的是，天硕的抗辐照能力指标是针对主控芯片的。由于NAND闪存颗粒的抗辐照能力受限于工艺节点，整盘的TID耐受能力会低于主控芯片。但通过固件级的纠错算法和系统级的冗余设计，仍然可以实现整个存储系统在目标剂量下的可靠运行。

固件级防护：实时纠错与数据保护

即使采用了加固芯片，物理层面的概率性翻转仍需通过逻辑层进行修正。固件级的防护机制是第二道防线：

纠错码（ECC）：在写入数据时，同步计算并存储校验码。读取数据时，通过校验码检测并纠正错误。常用的ECC算法包括BCH码和LDPC码，可以纠正每512字节数据中的多个错误位。

数据Scrubbing：定期扫描存储介质，主动读取并纠正可能发生翻转的数据位。这种"巡检"机制可以防止错误的累积。

坏块管理：当某个物理块因辐射损伤而不再可靠时，固件会自动将其标记为坏块，并将数据迁移到备用块。

作为国内少数拥有自主主控芯片和固件算法的厂商，天硕能够根据航天应用的特殊需求，对固件进行深度定制。这种灵活性是使用通用商用主控方案无法实现的。

系统级冗余：最后的可靠性保障

在卫星系统设计中，通常会采用冗余配置来应对单点失效风险：

热备份：配置两套或三套完全相同的存储系统，同时工作。当主系统出现故障时，可以立即切换到备份系统。

RAID技术：通过数据条带化和校验块，将数据分散存储在多个物理盘上。即使其中一块或两块硬盘完全失效，仍然可以通过其余硬盘重建数据。

分区隔离：将不同类型的数据存储在物理隔离的分区中，降低单点故障的影响范围。

三、天硕抗辐照方案的技术指标

天硕X55系列航天级SSD是针对商业航天市场开发的抗辐照存储解决方案。其核心技术指标包括：

关于pSLC模式：天硕支持将TLC NAND工作在伪单层单元（pSLC）模式。在这种模式下，每个存储单元只存储1比特数据（而非3比特），使得写入耐久性从3,000次P/E循环提升至30,000次以上，同时显著降低了误码率。对于需要频繁更新固件或日志数据的航天应用，pSLC模式是理想的选择。

四、抗辐照测试与验证方法

要验证一款SSD的抗辐照能力，需要进行一系列地面模拟测试。这些测试通常参照国家军用标准GJB和国际标准进行：

总剂量辐照测试

测试标准：产品严格遵循国家军用标准及宇航用半导体器件辐照试验方法进行验证。

测试方法：将待测样品暴露在Co-60γ射线源或X射线源下，以一定的剂量率进行连续或分步辐照，累积总剂量达到目标值。在辐照过程中和辐照后，监测器件的电学参数变化，评估其功能保持能力和性能退化情况。

关键评估点：

存储系统功能完整性（能否正常读写数据）数据完整性（辐照前后数据是否一致）性能退化（读写速度、延迟的变化）

单粒子效应测试

测试标准：按照国家军用半导体器件单粒子效应试验规范执行。

测试方法：在重离子加速器设施中，用不同能量和种类的重离子束轰击样品。通过改变入射角度和能量，模拟不同的LET（线性能量转移）值，评估器件对单粒子翻转、闩锁、烧毁等效应的敏感性。

关键评估点：

SEU截面积（单位注量下的翻转概率）SEL阈值LET（触发闩锁的最小能量沉积）SEFI（功能中断）的恢复能力

天硕的航天级SSD在研发过程中，与国内权威测试机构合作，完成了上述测试验证，并入围了航天系统的供应链名录。

五、国产抗辐照存储的技术路线

在航天级存储的国产化进程中，主要存在两种技术路线：

路线一：国外主控 + 国产闪存

优势：主控芯片的抗辐照能力和固件成熟度较高，开发周期短。

劣势：供应链受制于人，定制化能力有限，在关键时刻可能面临断供风险。

路线二：国产主控 + 国产闪存

优势：全栈自主可控，供应链安全，可根据需求深度定制。

劣势：主控芯片的研发门槛高，需要长期的技术积累和迭代优化。

天硕选择了更具挑战性但长期价值更高的第二条路线。通过自研主控芯片，天硕不仅掌握了抗辐照设计的核心技术，还能够为客户提供从芯片到系统的全方位技术支持，包括：

固件定制开发（如针对特定应用优化读写策略）地面测试支持（提供测试方案和现场技术支持）

这种全栈能力，使得天硕在面对航天客户的特殊需求时，能够快速响应，而不必依赖国外芯片厂商的技术支持周期。

结语

抗辐照存储技术是商业航天发展的关键支撑之一。随着低轨星座的大规模部署，对具备高可靠性、低成本、供应链自主可控的航天级存储方案的需求将持续增长。

天硕凭借自研主控芯片和固件算法的核心优势，以及在多个航天项目中的实战验证，已经成为国产航天级存储的代表性厂商。其TID>75 krad的主控抗辐照能力，配合固件级的纠错机制和系统级的冗余设计，能够满足绝大多数低轨商业卫星的存储需求。

关于天硕

湖南天硕创新科技有限公司具备航天级、工业级、军工级全系列固态硬盘研发和生产能力。公司拥有自主知识产权的主控芯片和固件算法，产品已应用于商业航天、国防军工、工业控制等关键领域。