隨著衛(wèi)星從”數(shù)據(jù)中繼站”向”空間智能節(jié)點”演進，星載邊緣計算成為遙感衛(wèi)星、通信衛(wèi)星的標配能力。衛(wèi)星搭載AI芯片在軌實時處理海量數(shù)據(jù)——遙感影像的目標識別、視頻流的實時壓縮、通信數(shù)據(jù)的智能路由，這些應用對星載存儲提出了與傳統(tǒng)”寫入-下傳”模式完全不同的需求：超高IOPS、低延遲訪問、大容量緩存，以及在輻射環(huán)境下的持續(xù)穩(wěn)定性能。

本文將深度解析星載邊緣計算對存儲的特殊需求，對比天碩、其他國產方案及進口方案在高性能場景的能力差異，并提供基于應用場景的選型建議。

一、星載邊緣計算的存儲挑戰(zhàn)

1.1 傳統(tǒng)存儲模式 vs 邊緣計算模式

傳統(tǒng)”寫入-下傳”模式

傳統(tǒng)遙感衛(wèi)星的存儲工作流： 載荷采集原始數(shù)據(jù)（如SAR雷達、光學相機） 順序寫入SSD（寫入密集，讀取少） 等待過境地面站，批量下傳 典型性能需求：順序寫入3-5 GB/s，隨機IOPS需求低

邊緣計算模式

星載AI處理的存儲工作流： 載荷采集原始數(shù)據(jù)，寫入SSD AI芯片實時讀取數(shù)據(jù)進行推理（如目標檢測） 將識別結果（坐標、類別）和關鍵幀寫回SSD 下傳壓縮后的結果數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)量減少90%） 典型性能需求：隨機讀IOPS 50K+，延遲<1ms，順序讀寫并發(fā)

延遲敏感性

實時視頻流處理對存儲延遲極其敏感，延遲過高會降低AI算力利用率。

功耗限制

星載平臺功耗預算緊張，SSD功耗需控制在5W以內，而高性能SSD功耗通常較高，需要在性能和功耗間找到平衡點。

二、星載邊緣計算的存儲技術需求

2.1 性能指標要求

IOPS（每秒輸入輸出操作數(shù)）

不同應用對IOPS需求不同：遙感影像AI識別、視頻實時分析通常需要50K-100K隨機讀IOPS，通信數(shù)據(jù)包處理需要更高的隨機讀寫IOPS。

延遲

• 99th百分位延遲（P99）：<1ms（確保99%的請求在1ms內完成）
• 平均延遲：<0.5ms

順序性能

雖然邊緣計算強調隨機性能，但載荷數(shù)據(jù)寫入仍需高順序寫入： 順序寫入：>3 GB/s（SAR雷達、高光譜相機數(shù)據(jù)率） 順序讀?。?gt;3 GB/s（批量數(shù)據(jù)預處理）

讀寫混合性能

實際負載是70%讀+30%寫（或其他比例），需要測試混合場景下的性能保持率： 寫入占用30%帶寬時，隨機讀IOPS應保持>80%峰值性能

2.2 容量與壽命需求

容量需求

邊緣計算場景需要存儲AI模型、原始數(shù)據(jù)緩存、推理結果等，典型配置為1TB-4TB。

典型配置：1TB-4TB

寫入壽命

邊緣計算的寫入模式更密集： 傳統(tǒng)模式：每天寫入50-200GB（僅載荷數(shù)據(jù)） 邊緣計算模式：每天寫入100-500GB（載荷數(shù)據(jù)+推理結果+模型更新+日志）

需要選擇高耐久性NAND或pSLC模式。

2.3 可靠性與抗輻射

高負載下的可靠性

高IOPS場景下，SSD控制器、NAND閃存都處于高負荷工作： 控制器溫度上升，可能觸發(fā)降頻保護 NAND擦寫頻繁，壞塊增長速度加快

需要驗證：在持續(xù)高負載下，SSD能否保持穩(wěn)定性和壽命。

輻射環(huán)境下的性能與壽命

• TID累積會影響NAND讀寫速度
• SEU可能導致控制器性能波動

需要驗證：在輻射累積的情況下，高性能是否可持續(xù)。

三、主流方案在星載邊緣計算中的對比

3.1 方案類型對比

方案類型

隨機讀IOPS

延遲（P99）

順序讀寫

功耗

抗輻射

代表

自研主控國產（天碩）

80K-120K

<1ms

3700/3500 MB/s

3-5W

驗證

天碩

集成方案國產

40K-60K

1-3ms

2500/2000 MB/s

4-7W

部分

其他國產

進口商業(yè)級

100K-200K

<0.5ms

5000/4500 MB/s

8-15W

驗證

部分進口

進口宇航級

30K-50K

2-5ms

1500/1200 MB/s

3-5W

完整

3D Plus等

3.2 天碩在星載邊緣計算中的優(yōu)勢

性能優(yōu)勢

高IOPS與低延遲 隨機讀IOPS：80K-120K（4KB隨機讀），滿足AI推理需求 P99延遲：<1ms，確保實時性 讀寫混合性能：70%讀+30%寫負載下，IOPS保持率>85%

實測案例（地面驗證環(huán)境）： 任務：YOLOv5目標檢測，輸入1080p視頻流 存儲：天碩X55 U.2 結果：處理幀率達到28fps，存儲延遲占比<15%，滿足實時性要求

高順序性能 順序讀?。?700 MB/s（U.2接口） 順序寫入：3500 MB/s 滿足SAR、高光譜相機的原始數(shù)據(jù)寫入需求

功耗控制

低功耗設計 工作功耗：3-5W（U.2接口，高性能模式） 空閑功耗：<0.5W 相比進口商業(yè)級高性能SSD（8-15W），功耗降低60%

動態(tài)功耗管理 根據(jù)負載自動調整控制器頻率 在低負載時降低功耗，延長電池續(xù)航（蝕季）

抗輻射與可靠性

輻射環(huán)境下的性能保持 TID測試驗證：在75krad累積劑量下，隨機讀IOPS下降<15% SEL測試：LET>37 MeV·cm2/mg，無閉鎖現(xiàn)象

高負載長期穩(wěn)定性 72小時連續(xù)高IOPS測試：性能波動<5% 溫度循環(huán)測試：-55°C ~ +85°C，經過嚴格循環(huán)測試后性能保持良好。

可定制性

固件優(yōu)化 針對AI推理的讀密集型負載優(yōu)化：增大讀緩存，減少讀延遲 針對視頻流的連續(xù)寫入優(yōu)化：預留足夠寫緩存，避免寫入卡頓

接口與容量靈活性 M.2接口：適合小型衛(wèi)星（50-200kg），容量1TB-4TB U.2接口：適合中大型衛(wèi)星（>200kg），容量4TB-8TB XMC接口：適合VPX架構的載荷處理器

3.3 其他國產方案

集成方案型廠商

采用國外商業(yè)主控（Marvell、Phison等）+ 國產NAND：

優(yōu)勢： 價格較低 開發(fā)周期短

劣勢： IOPS性能有限：隨機讀IOPS通常40K-60K，難以滿足高負載AI推理 延遲較高：P99延遲1-3ms，可能導致AI推理卡頓 功耗較高：4-7W，功耗預算緊張 固件無法定制：無法針對星載邊緣計算場景優(yōu)化

適用場景： 低負載AI推理（如簡單分類任務） 非實時數(shù)據(jù)處理 預算極度受限項目

3.4 進口方案

進口商業(yè)級高性能SSD

部分國際廠商的PCIe 4.0高性能SSD：

優(yōu)勢： IOPS極高：隨機讀IOPS 100K-200K 延遲極低：P99延遲<0.5ms 順序性能強：順序讀寫可達5000/4500 MB/s

劣勢： 功耗過高：8-15W，超出星載平臺功耗預算 抗輻射驗證不完整：商業(yè)級SSD未經過航天級輻射測試 供應鏈風險：受出口管制影響 價格高：單片數(shù)十萬元

進口傳統(tǒng)宇航級SSD

如3D Plus等廠商：

優(yōu)勢： 抗輻射能力極強（TID>300krad） 長期飛行驗證

劣勢： IOPS性能極低：隨機讀IOPS僅30K-50K，無法滿足邊緣計算需求 延遲高：2-5ms，不適合實時AI推理 價格極高：10-100萬元/片

結論：傳統(tǒng)宇航級SSD不適合星載邊緣計算場景。

四、基于應用場景的選型建議

4.1 遙感影像AI目標識別

應用特點： AI模型：YOLOv5、Faster R-CNN等 輸入數(shù)據(jù)：高分辨率遙感影像（50MP-200MP） 處理流程：讀取影像 → AI推理 → 標注目標位置 → 寫回結果 IOPS需求：隨機讀80K+（模型參數(shù)頻繁訪問）

推薦方案： 首選：天碩X55 U.2（4TB-8TB容量，隨機讀IOPS 80K-120K） 配置：雙SSD配置，一塊用于原始影像緩存，一塊用于AI推理與結果存儲

選型理由： 天碩隨機讀IOPS 80K-120K，滿足AI推理需求 順序寫入3500 MB/s，滿足遙感相機數(shù)據(jù)寫入 功耗3-5W，不會擠占載荷功耗預算 雙SSD配置避免讀寫沖突，提升整體性能

4.2 視頻衛(wèi)星實時分析

應用特點： 任務：實時視頻流目標跟蹤、行為分析 輸入數(shù)據(jù)：1080p/4K視頻流，30fps 處理流程：讀取視頻幀 → AI推理 → 壓縮關鍵幀 → 寫入結果 IOPS需求：隨機讀50K+，順序寫3 GB/s 延遲敏感：P99延遲<1ms

推薦方案： 首選：天碩X55 U.2固態(tài)硬盤（2TB-4TB） 配置：單SSD即可，啟用讀寫混合優(yōu)化固件

選型理由： 隨機讀IOPS 80K+，P99延遲<1ms，滿足實時視頻處理 順序寫入3500 MB/s，滿足視頻流寫入+結果寫入并發(fā) 天碩支持固件定制，可優(yōu)化讀寫混合性能

五、星載邊緣計算存儲的優(yōu)化策略 5.1 多SSD架構設計

讀寫分離架構

• 寫SSD：專門接收載荷原始數(shù)據(jù)（順序寫優(yōu)化）
• 讀SSD：存儲AI模型、中間結果（隨機讀優(yōu)化）
• 優(yōu)勢：避免讀寫沖突，性能提升30-50%

分級存儲架構

• L1高速緩存：小容量高性能SSD（如256GB M.2），存儲熱數(shù)據(jù)和AI模型
• L2大容量存儲：大容量SSD（如4TB U.2），存儲原始數(shù)據(jù)和歷史結果
• 優(yōu)勢：性價比最優(yōu)，兼顧性能與容量

Q1: 天碩SSD的隨機IOPS能滿足星載AI推理嗎？

A: 對于主流的AI推理任務（如目標檢測、圖像分類），天碩X55系列存儲方案的隨機讀IOPS 80K-120K可以滿足需求。我們在地面驗證環(huán)境測試了YOLOv5、ResNet-50等模型，存儲延遲占比<15%，不構成性能瓶頸。但對于極高并發(fā)的小包處理場景（如通信路由，IOPS需求>150K），建議先進行實際負載測試。

Q2: 為什么傳統(tǒng)宇航級SSD不適合邊緣計算？

A: 傳統(tǒng)宇航級SSD（如3D Plus）設計于10-20年前，優(yōu)先保證可靠性而非性能。其隨機IOPS通常僅30K-50K，延遲2-5ms，無法滿足AI推理的實時性要求。相比之下，天碩等新一代星載SSD在保證抗輻射性的同時，大幅提升了性能，更適合邊緣計算場景。

Q3: 星載邊緣計算需要多大容量的SSD？

A: 取決于應用場景： 遙感影像AI：2TB-4TB（存儲1-3天的原始影像 + AI模型） 視頻實時分析：1TB-2TB（視頻壓縮后數(shù)據(jù)量較?。?SAR數(shù)據(jù)處理：4TB-8TB（SAR原始數(shù)據(jù)量大） 通信路由：500GB-1TB（主要存儲轉發(fā)數(shù)據(jù)，容量需求相對?。?/p>

建議預留20-30%冗余空間，應對壞塊增長。

Q4: 天碩SSD的功耗會不會影響其他載荷？

A: 天碩X55系列工作功耗3-5W，在衛(wèi)星平臺500W-2kW的總功耗預算中占比<1%，不會顯著影響其他載荷。相比之下，進口商業(yè)級高性能SSD功耗8-15W，可能擠占AI芯片或載荷的功耗預算。功耗控制是天碩方案的重要優(yōu)勢。

結語

星載邊緣計算代表了衛(wèi)星從”數(shù)據(jù)中繼”向”空間智能”的跨越，而高性能星載存儲是支撐這一跨越的關鍵基礎設施。與傳統(tǒng)”寫入-下傳”模式不同，邊緣計算要求SSD在保證抗輻射可靠性的同時，提供高IOPS、低延遲、讀寫混合的優(yōu)異性能，同時嚴格控制功耗。

天碩X55系列通過自研主控芯片的性能優(yōu)化、低功耗設計、固件可定制性，在星載邊緣計算場景中提供了性能、可靠性、功耗的均衡方案。隨著國家星網(wǎng)計劃、千帆計劃等大型星座的星載AI應用推進，天碩方案的高性能表現(xiàn)將得到進一步驗證。

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