太空算力興起，商業(yè)航天存儲(chǔ)的新需求催生怎樣的SSD設(shè)計(jì)？天碩X55實(shí)踐
過(guò)去幾年，商業(yè)航天領(lǐng)域討論最多的是衛(wèi)星數(shù)量、通信容量和組網(wǎng)速度等話題。但是到了 2026 年，一個(gè)新詞開(kāi)始高頻地出現(xiàn)：太空算力。在這一趨勢(shì)下,商業(yè)航天存儲(chǔ)作為太空算力的數(shù)據(jù)基座,其重要性正日益凸顯。
從國(guó)星宇航完成全球第一次通用大模型的在軌部署，到千億航天發(fā)布“阿賴耶識(shí)”萬(wàn)星算力星座計(jì)劃，再到北京太空算力創(chuàng)新中心正式揭牌，一系列動(dòng)作都正在向人們傳遞同一個(gè)信號(hào)：衛(wèi)星在逐步成為具備計(jì)算能力的空間基礎(chǔ)設(shè)施。
這種變化，讓過(guò)去相對(duì)低調(diào)的星載存儲(chǔ)系統(tǒng)，站到了臺(tái)前。湖南天碩創(chuàng)新科技有限公司入選北京太空算力創(chuàng)新聯(lián)盟首批意向成員之一，在商業(yè)航天存儲(chǔ)領(lǐng)域的布局,也是這一產(chǎn)業(yè)變化的一個(gè)縮影。
因?yàn)椤八懔ι咸臁保瑢?duì)于衛(wèi)星研制單位來(lái)說(shuō)，是整個(gè)星載計(jì)算架構(gòu)的變化，是星載存儲(chǔ)系統(tǒng)必須承擔(dān)更多責(zé)任。
與此同時(shí)，太空環(huán)境也不會(huì)因?yàn)榭臻g中加入了 AI 而變得更為友好。持續(xù)的空間輻射、高動(dòng)態(tài)計(jì)算負(fù)載導(dǎo)致的電源波動(dòng)、越來(lái)越高數(shù)據(jù)吞吐的需求，都在同時(shí)考驗(yàn)著星載 SSD 設(shè)計(jì)的能力。
持續(xù)輻射環(huán)境，為什么仍是可靠性的第一道門(mén)檻
空間輻射并不是算力衛(wèi)星時(shí)代才出現(xiàn)的新問(wèn)題。
在過(guò)去不管是通信衛(wèi)星還是遙感衛(wèi)星，星上搭載的各種電子設(shè)備都面臨著來(lái)自高能粒子和宇宙射線所帶來(lái)的影響。所以抗輻照一直都是航天電子設(shè)計(jì)中的基本需求。
真正發(fā)生變化的是，AI 讓輻射對(duì)系統(tǒng)的這種影響被進(jìn)一步放大了。
傳統(tǒng)的衛(wèi)星更多的是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)以及回傳的任務(wù)，即便發(fā)生了單粒子翻轉(zhuǎn) (SEU) ，也通常可以通過(guò)數(shù)據(jù)校驗(yàn)或者糾錯(cuò)編碼等手段進(jìn)行緩解。
但算力衛(wèi)星不同，數(shù)據(jù)需要在軌完成推理、分析與決策，模型權(quán)重、緩存數(shù)據(jù)和推理中間結(jié)果都需要長(zhǎng)期駐留于 SSD 中，并在計(jì)算時(shí)被反復(fù)讀取。
如果這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)受到了輻射干擾，可能會(huì)直接影響到后續(xù)的計(jì)算過(guò)程，干擾 AI 模型的推理結(jié)果甚至是任務(wù)執(zhí)行。
所以，輻射的影響的已經(jīng)不僅僅是數(shù)據(jù)可靠性的問(wèn)題了，而是整個(gè)計(jì)算過(guò)程的可靠性。
天碩 X55 系列航天級(jí) SSD 使用的是芯片級(jí)抗輻照加固方案。尤其是在 SSD 中起到“大腦”作用的自研抗輻照主控，它經(jīng)過(guò)重離子試驗(yàn)測(cè)試后，總劑量耐受能力達(dá)到了 TID ≥100 krad(Si), 單粒子鎖定閾值 LET>37 MeV·cm2/mg, 能夠覆蓋商業(yè)航天存儲(chǔ)、低軌衛(wèi)星典型的任務(wù)周期的輻照環(huán)境。
在此之上，X55 系列更是使用了增強(qiáng)型 LDPC 糾錯(cuò)算法(>=700 bit/4K) ，把不可恢復(fù)誤碼率 (UBER) 控制到 10^17bits 讀不到一個(gè) Sector 錯(cuò)誤的水平，使得固態(tài)硬盤(pán)不但能抵抗輻射，還可以長(zhǎng)久地保證數(shù)據(jù)可靠性。
AI 負(fù)載變化，為什么讓電源設(shè)計(jì)變得更加關(guān)鍵？
如果說(shuō)輻射考驗(yàn)的是 SSD 的可靠性，AI 負(fù)載的變化就考驗(yàn)了整個(gè)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
傳統(tǒng)的衛(wèi)星載荷的功耗變化較為平緩。但 AI 推理、智能調(diào)度等計(jì)算任務(wù)是典型的動(dòng)態(tài)負(fù)載。
在模型加載、高并發(fā)計(jì)算的過(guò)程中會(huì)存在瞬時(shí)功耗變化，并且由于低軌衛(wèi)星頻繁進(jìn)入/離開(kāi)光照區(qū)、整星載荷啟停、星地通信切換等因素，會(huì)使星上的電源總線一直處于波動(dòng)中。
SSD 中的 NAND Flash 是通過(guò)閾值電壓來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，寫(xiě)入的時(shí)候如果供電出現(xiàn)了紋波或者瞬態(tài)波動(dòng)，可能會(huì)造成閾值分布發(fā)生偏移從而增加數(shù)據(jù)寫(xiě)入出錯(cuò)的概率。主控芯片和電源管理芯片也需要穩(wěn)定的供電環(huán)境，才能保證其進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)處理與讀寫(xiě)的準(zhǔn)確性和正確性。因此,對(duì)于商業(yè)航天存儲(chǔ)產(chǎn)品而言,電源管理能力已成為決定在軌壽命與計(jì)算穩(wěn)定的核心環(huán)節(jié)。
除此之外，空間輻射還會(huì)誘發(fā)單粒子閂鎖 (SEL) ，當(dāng)高能粒子觸發(fā)器件內(nèi)的寄生結(jié)構(gòu)之后，輕則會(huì)造成供電異常、數(shù)據(jù)寫(xiě)入中斷，重則會(huì)導(dǎo)致持續(xù)的大電流甚至是器件損壞。所以對(duì)長(zhǎng)期執(zhí)行 AI 計(jì)算任務(wù)的算力衛(wèi)星而言，除了要擁有穩(wěn)定的供電能力外，還需要有快速檢測(cè)、主動(dòng)保護(hù)和異常恢復(fù)的能力。
所以越來(lái)越多的星載 SSD 開(kāi)始把電源系統(tǒng)作為一個(gè)整體來(lái)設(shè)計(jì)，而不是簡(jiǎn)單的外圍配套。天碩 X55 系列 XMC 加固型 SSD 使用了宇航級(jí)電源管理系統(tǒng)，集成了寬電壓輸入芯片和大容值宇航級(jí)模塊電源。
在星上的總線波動(dòng)或者姿態(tài)調(diào)整甚至異常掉電的情況下，都能保持穩(wěn)定的供電并且配合智能斷電保護(hù)實(shí)現(xiàn)緩存數(shù)據(jù)的安全落盤(pán)。同時(shí)擁有獨(dú)立的保護(hù)電路，可以在檢測(cè)到 SEL 異常時(shí)迅速切斷相關(guān)的供電并進(jìn)行自動(dòng)恢復(fù)，大大降低了單粒子閂鎖造成的失效概率。
算力越來(lái)越強(qiáng)，為什么 SSD 反而更容易成為瓶頸？
過(guò)去，人們?cè)u(píng)價(jià)星載存儲(chǔ)更多關(guān)注的是容量和可靠性。而到了算力衛(wèi)星的時(shí)代，數(shù)據(jù)吞吐的能力也開(kāi)始直接的影響到算力利用率。
這種影響，在大模型部署和星上智能處理場(chǎng)景中尤其顯著：無(wú)論是 AI 處理器再?gòu)?qiáng)大，如果數(shù)據(jù)不能及時(shí)送達(dá)，計(jì)算資源就只能等待存儲(chǔ)完成讀寫(xiě)。就比如 SAR 圖像在軌解譯、遙感目標(biāo)識(shí)別等等，都需要不斷讀取模型參數(shù)，然后高速地進(jìn)行中間數(shù)據(jù)交換。
如果仍然使用傳統(tǒng)的 SATA 接口，其帶寬已經(jīng)無(wú)法滿足星上的 AI 計(jì)算的需求了。存儲(chǔ)系統(tǒng)很可能會(huì)成為整個(gè)計(jì)算鏈路上的性能瓶頸。在這種趨勢(shì)之下，新一代商業(yè)航天存儲(chǔ)方案星載SSD逐漸由 SATA 向著 PCIe NVMe 的架構(gòu)轉(zhuǎn)變。
而且對(duì)于算力衛(wèi)星 SSD 選型來(lái)說(shuō)，不僅要求 SSD 快，還要考慮其持續(xù)讀寫(xiě)的性能和低時(shí)延響應(yīng)，尤其是長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行而不發(fā)生明顯的降速現(xiàn)象。只有存儲(chǔ)系統(tǒng)可以持續(xù)地跟上 AI 計(jì)算的節(jié)奏，才能真正地讓星上的算力發(fā)揮出效果。
X55 全系列均支持 PCIe Gen3 ×4 和 NVMe 1.4 協(xié)議，在順序讀取方面最高可達(dá) 3.7GB/s，完全可以滿足星載 AI 處理、多源載荷持續(xù)高速讀寫(xiě)的需求。同時(shí)，得益于天碩專研的主動(dòng)式閉環(huán)溫控體系，可根據(jù)器件溫度來(lái)調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)，在 -55 ℃到 85 ℃寬溫下，進(jìn)一步增強(qiáng)了 SSD 保持持續(xù)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)吞吐的能力，減少環(huán)境變化對(duì)星載計(jì)算的影響。
總結(jié)
算力衛(wèi)星的涌現(xiàn)，正在改變著行業(yè)對(duì)星載存儲(chǔ)系統(tǒng)的認(rèn)知，競(jìng)爭(zhēng)的重點(diǎn)也開(kāi)始延伸到星上計(jì)算能力本身。而天碩 X55 系列就是在這種需求下，形成的一套高可靠航天級(jí)存儲(chǔ)方案。
隨著越來(lái)越多AI任務(wù)部署到軌道，未來(lái)的商業(yè)航天存儲(chǔ)的重要性只會(huì)進(jìn)一步提升，成為太空算力時(shí)代最重要的基礎(chǔ)能力之一。
