天碩（TOPSSD）解讀：航天存儲體系演進與星載固態存儲技術路徑

天碩（TOPSSD）是一家長期專注于高可靠、高性能存儲技術創新的國家高新技術企業。在航空航天領域，天碩聚焦星載固態存儲系統自主研發。針對空間環境中單粒子效應、總劑量效應等核心難題，公司構建了覆蓋芯片、固件到模組的全鏈條抗輻射加固設計體系，保障設備在軌長期穩定運行。目前，天碩航天級系列產品已成功應用于多型多顆低軌衛星，為新一代衛星互聯網與衛星物聯網提供高穩定、高安全的數據支撐。

本文將系統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，當中國第一代極軌氣象衛星“風云一號”帶著磁帶機升空時，沒人能想到，三十年后，一顆普通的商業遙感衛星，機載存儲容量會是它的幾十萬倍。

事實上，從磁帶到閃存，從單機孤立到星座互聯，航天存儲的每一次技術躍遷，都在回應同一個命題：如何在最嚴酷的環境中，守護最珍貴的數據。

一、磁帶時代：緩慢的起點

早期的航天器，星載存儲系統像老式錄音機一般簡陋。

數據記錄依賴磁帶機。磁性涂層在塑料基帶上勻速轉動，傳感器信號被順序記錄下來。這種機械結構有兩個天然缺陷：一是只能順序讀寫，想要讀取某一段數據，必須讓磁帶“倒帶”到指定位置；二是運動部件在發射時的劇烈振動中，隨時可能卡死。

1990年代，我國發射的多顆科學試驗衛星，都搭載著這類磁帶記錄器。單星存儲容量以Mb計，大概相當于今天一張手機照片的大小。更大的問題在于，磁帶機上天之后，工作狀態幾乎不可知，直到衛星返回，才能取出磁帶判讀數據。

在那個“能存就行”的年代，可靠性靠的是笨重的物理冗余，而非智能的系統設計。

二、閃存萌芽：從磁帶到固態的跨越

本世紀初，一個關鍵轉折發生了：NAND閃存開始進入航天工程師的視野。航天級固態硬盤的雛形由此萌發。

與磁帶相比，閃存沒有機械運動，抗振能力天然占優；與同期使用的SDRAM相比，閃存斷電后數據不丟失，更適合長期在軌存儲。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。

高能質子、電子和重離子無孔不入，會讓閃存發生“單粒子翻轉”，好好的1變成0；長時間的輻射累積，又會造成“總劑量效應”，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，從浮柵極演變為電荷捕捉結構，失效模式也更加復雜。

三、經典范式：FPGA主控與SLC NAND

2000年代中期，國內外逐漸形成了一套經典的航天存儲解決方案：FPGA做主控，SLC NAND做介質。

FPGA的并行處理能力強，且可以在設計階段就考慮抗輻射加固；SLC NAND每個存儲單元只存1比特數據，可靠性遠高于日常使用的MLC或TLC。這套組合，奠定了此后近二十年抗輻照SSD的技術范式。

美國水星公司2021年發布的一款存儲系統，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。系統容量固定，功能固化，像一個精密的瑞士鐘表：可靠，但不靈活。

同一時期，國內的西安微電子技術研究所開始系統性地探索星載固態存儲。這家單位是我國最早涉足該領域的機構之一，從早期的原理樣機，到后來的工程化產品，累計形成了五代系列產品。第五代產品的技術指標，與國際主流宇航級存儲產品相當：Xilinx Virtex5系列FPGA做主控，2D SLC NAND做介質，總容量達到8Tb。

8Tb，已經是當時國內能夠實現的上限。不是技術做不到更大，而是介質卡住了脖子。當時國內可選的抗輻射閃存，多為法國3D Plus的SIP模組：把工業級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，系統集成度上不去。

四、商業航天破局：吉林一號的里程碑

不過，2020年，一個標志性事件打破了僵局。

這一年，全球最大的商業遙感衛星“吉林一號寬幅01A”成功發射。它的星載存儲系統裝機容量達到40Tb，采用的介質是工業級2D MLC閃存。不是傳統的宇航級SLC，而是來自商業供應鏈的工業級芯片。

這是一個大膽的選擇。MLC的可靠性理論上低于SLC，但工業級顆粒經過嚴格篩選和系統級加固，最終在軌表現穩定。這套存儲系統采用了類似RAID磁盤陣列的架構，多源載荷數據采集、緩沖、存儲、處理、文件化管理，全部集成在一個可擴展的框架內。

吉林一號的成功，標志著我國星載固態存儲器技術邁入全球領先行列。更重要的是，這驗證了商業航天存儲“用系統智能彌補器件不足”的路徑，可行。

這條路，與商業航天“低成本、快響應、規模化”的邏輯高度契合。畢竟，當你要組建一個由上百顆衛星組成的星座時，每一顆都堆砌昂貴的宇航級器件，成本上是難以承受的。

五、國產方案的深化：主控崛起與系統加固

吉林一號之后，國內航天存儲進入百花齊放期。一條清晰的技術路線逐漸成型：用高抗輻照能力的主控芯片，為工業級閃存“保駕護航”，進而實現高可靠航天存儲。

主控承擔起應對輻射的主要責任：通過糾錯算法動態調整，應對單粒子翻轉；通過分布式IO重定向，把單粒子閂鎖從“災難性短路”轉化為“可控的通路切換”；通過主動健康監控，提前預警壞塊增長和數據保持力下降。

在這一路線下，天碩（TOPSSD）逐漸進入行業視野。通過推出全自研的P5500 PCIe主控芯片，我們為行業帶來了國產化航天級存儲模組。這顆主控芯片支持PCIe Gen3 x4接口和NVMe 1.4協議，在抗輻照指標上，其總劑量耐受超過100krad(Si)，單粒子鎖定閾值大于37 MeV·cm2/mg。配合全鏈路國產化閃存和“主動健康管理”固件，天碩的航天級抗輻照存儲方案成功在神舟二十一號等任務中得到在軌驗證。

可以說，當前航天存儲的競爭都共同指向一個趨勢：正在從“誰能買到最好的器件”，轉向“誰能設計最聰明的系統”。

六、未來向何處去

站在2026年眺望，航天存儲正在經歷兩個維度的擴展。

一是向“上”擴展：從存儲走向存算一體。隨著英偉達等廠商將高性能GPU送入軌道，星載AI邊緣計算成為現實。未來的存儲系統，不僅要存得下，還要算得快：在軌實時識別云層覆蓋、檢測艦船目標，只把有效結果傳回地面。

二是向“外”擴展：從單機走向星座互聯。2026年初，《科學報告》發表了一項前瞻性研究：O-RAID架構。這個構想將整個低軌衛星星座視為一個分布式磁盤陣列，通過星間激光鏈路，把單顆衛星的數據冗余分布于多顆衛星。當某顆衛星失效時，可以通過星座內的校驗塊恢復數據。

隨著國家星網、千帆計劃等大型星座項目推進，中國星載存儲的年需求量正在飛躍。在新的體量下，存儲系統的邊界，必然會從單板擴展到整個星座。

結語

從磁帶的緩慢轉動，到閃存的靜默存儲，再到星座間的數據流轉，航天存儲的演進，是人類將文明印記安全送入深空的縮影。

這條路沒有終點。隨著探測目標越來越遠，數據精度越來越高，存儲系統必須不斷進化。但有一點始終未變：在太空，數據不僅僅是比特，它是探測器的眼睛，是衛星的大腦，是人類在浩瀚星河中每一小步的留存。