驗證高海拔下極致可靠性：大普微SSD完成中子輻射實驗
隨著“東數西算”戰略的深入推進，我國算力網絡正加速向西部延伸?；谖鞑康貐^擁有得天獨厚的能源與氣候優勢，數據中心集群在西部高海拔地區陸續落地， 但高海拔帶來的“隱形殺手”——宇宙射線中子輻射，卻給精密電子設備帶來了前所未有的挑戰，大氣中子特別是中高能中子引起的單粒子效應對這些系統可靠性的影響正變得不可忽視。
近日，大普微在中國散裂中子源對旗下多款企業級NVMe SSD完成了中子輻射實驗測試，對產品在模擬高海拔環境下的抗輻射能力進行了全面驗證。
01 中子輻射效應及其對SSD可靠性的挑戰
相比我國東部較低的海拔，西部地區普遍海拔較高，中子輻射的強度也高于東部低海拔地區。中子輻射是一種高能粒子，穿透能力強，能夠直接穿透電子設備的封裝和外殼，是地面上影響電子元器件的主要因素之一。
中子輻射對SSD的威脅主要來自兩方面：
? 單粒子效應 (SEE)： 中子輻射可能會撞擊電子設備中的晶體管等敏感元件，導致電荷狀態翻轉，引起數據錯誤或邏輯錯誤，也就是通常所說的比特翻轉。
? 總劑量效應 (TDE)： 中子輻射會逐漸累積在電子設備的材料中，引起材料的性質變化，導致器件性能下降甚至失效。
SSD由SoC主控、NAND Flash和DRAM等精密半導體部件構成。然而，技術的進步在帶來高性能的同時，也使得中子輻射對器件的影響變得更為顯著。 相比傳統存儲設備，先進工藝下的SSD面臨著更嚴峻的挑戰，主要源于兩大技術演進趨勢：
? 制程微縮（針對SoC/DRAM）： 隨著半導體工藝向更先進制程（如12nm、7nm等）演進，晶體管尺寸大幅縮小，這意味著，即使是能量較低的中子撞擊，也足以引發電荷狀態翻轉導致比特翻轉。
? 3D堆疊（針對NAND）： 現代企業級SSD普遍采用高層數3D NAND技術。更高密度的存儲單元意味著在同等輻射通量下，發生比特翻轉的潛在風險點更多。
綜上所述，伴隨SSD容量與性能的提升，中子輻射引發數據錯誤的概率也隨之增加，這對SSD在復雜環境下的容錯能力與數據完整性保障提出了更高要求。
02 CSNS：高強度中子輻射加速實驗詳解
為了驗證產品在極端環境下的可靠性，大普微選擇了位于廣東東莞的中國散裂中子源（CSNS），這是繼英國、美國和日本之后世界第四臺散裂中子源。本次實驗依托反角白光中子實驗裝置（Back-n）開展，反角白光中子源的束流強度達到了 6.85 * 10? n/(cm2 * s)，相當于海平面自然環境的17億倍。這意味著測試中的幾分鐘相當于自然界中數千年的累積效應。
反角白光中子實驗裝置（Back-n）
03 直面高能粒子：大普微SSD抗輻射實測
本次實驗中，大普微對旗下PCIe Gen4 (R510X/J5100系列) 和PCIe Gen5 (H5100/R6100系列) 的典型容量點產品進行了嚴苛測試。大普微本次參測的NVMe SSD涵蓋了自研主控與業界領先的第三方主控方案，具備完善的DRAM/SRAM ECC糾錯功能，以及NAND LDPC糾錯能力，芯片和固件均具備一定的抗中子輻射能力。
待實驗的大普微NVMe SSD
本次實驗通過高強度中子輻射加速實驗，評估大普微NVMe SSD在西寧、拉薩地區這樣高海拔、自然中子輻射較強的環境下是否可以穩定運行。
測試環境設定：
? 輻射源： 中子束流強度6.85*10?/cm2/s，束流直徑Φ50mm
? 工作負載： 照射時長35分鐘，期間所有盤片持續運行 50-50 4K 隨機混合讀寫I/O。
測試結果分析：
以下是基于JEDEC JESD89A標準大氣中子通量模型的計算結果，包括故障截面（Cross Section）、不同海拔下的FIT值（Failures In Time，每10億小時故障數）以及年化故障率（AFR）。FIT 表示每 10? 小時運行中預期的故障次數，數值越小越可靠。
根據 JEDEC JESD89A 標準，全球軟錯誤率（SER）測試的統一基準環境為海平面，中子通量為14n/cm2/h（0.0039n/cm2/s）。拉薩地區海拔為3650米，JEDEC模型根據海拔高度計算的加速因子約為11.4倍，計算得出中子通量為266n/cm2/h。按本次實驗束流強度換算，僅需 1.70秒 的照射，即相當于SSD在拉薩地區運行了整整5年 的中子輻照累積量。
數據表明：大普微企業級NVMe SSD具備優秀的抗輻射能力，滿足在高海拔地區批量部署所需的可靠性。
04 深耕存儲技術，守護數據可靠性
從平原到高原，從邊緣到核心，大普微致力于為全球客戶提供高可靠性的存儲解決方案。本次參與測試的PCIe Gen4 及PCIe Gen5系列產品，通過中子輻射等高要求環境的驗證，展現了在極端工況下的穩定性與數據可靠性。在算力持續攀升、應用邊界不斷拓展的背景下，大普微將持續深耕存儲領域，以扎實的技術能力，為復雜應用環境提供堅實的數據存儲支撐。