天硕工业级固态硬盘构筑安全存储方案：硬件级闪存冗余实现数据自愈能力

天硕（TOPSSD） G40  M.2 NVMe 工业级固态硬盘采用自研主控及全链路国产化替代方案，可在 -40℃~85℃ 宽温范围内稳定运行；遵循国家军用标准进行设计验证，在抗冲击、抗振动、防盐雾腐蚀及强电磁兼容等关键性能上具备显著优势，更能胜任严苛环境下的长时任务。它内置天硕独家 Plane RAID和Die RAID闪存级冗余技术，构建基于闪存内部的并行纠错与容错机制，显著增强数据可靠性。系列产品长期服务军用嵌入式计算机、指挥控制系统、雷达、电子对抗、轨道交通与高端工业自动化等关键应用，是舰载、机载、装甲车辆等装备的核心存储部件。

本文将带你了解天硕独家Plane RAID和Die RAID闪存级冗余技术的工作原理与技术优势。

闪存冗余对工业级SSD有什么意义？

在关键任务系统、工业控制设备与高端嵌入式平台中，SSD 不仅是存储组件，更是系统安全的底层支撑。传统固态硬盘多依赖控制器级别的 ECC 与通道 RAID 来构建容错体系，随着 NAND 工艺向更高密度演进，单元易损性、写放大、温度漂移等问题正让传统机制面临瓶颈。

在此背景下，具备闪存级冗余技术的 SSD 显现出跨代意义的优势。它通过在 NAND 内部建立多维度并行校验结构，将数据保护下沉到介质层本身，实现更细颗粒度、更高容忍度的数据安全能力。而天硕（TOPSSD）融合Plane RAID与Die RAID双重架构，构建了更进步的并行纠错与容错机制，显著增强数据可靠性。

天硕独家闪存级冗余技术的原理与优势

天硕独家Plane RAID和DIE RAID闪存级冗余技术 在 NAND 介质层构建了由 Plane 级并行冗余 与 Die 级校验恢复 组成的双层闪存级冗余架构。这一技术将传统的控制器 RAID 向 NAND 内部延伸，通过条带化的数据组织和物理空间校验，实现对闪存物理单元的细粒度保护。该体系不仅能处理 Page、Block 级局部错误，也能在 Die 层面进行容错与恢复，是一套跨越 NAND 结构层次的底层自愈机制。

1. NAND 结构原生支撑

以天硕 G40  M.2 NVMe 工业级固态硬盘 采用的 YMTC X2 NAND 为例，每个 Die 有 4 个 Plane；每个 Plane 有 495 个 Block；每个 Block 有 768 或 2304 个 Page（SLC/TLC 模式）；每 Page 有 16 KB 有效空间。

天硕独家闪存级冗余技术以此为基础，对所有 Plane、Block 和 Page 进行条带化整合，并构建跨 Die 的冗余单元，使每一次写入天然具备“跨 Plane + 跨 Die”分布特性。

2. 条带化 Super Block 管理：冗余的结构基础

在天硕自研固件中，多个 Die 会被组合成更大范围的逻辑条带，称为 Super Block。这是天硕空间管理与冗余管理的基本单位。以 2TB 产品为例：主控通过 8 通道 × 每通道 4CE = 32 个 Die 并行管理；每个 Super Block 跨越所有 32 个 Die ；每个 Plane 的第一个 Block 被映射为同一 Super Block 的同一位置；全盘共有 495 个 Super Block（对应 495 个 Plane Block 位置）

这种架构为冗余校验提供了“天然的一致性条带”，使得恢复算法可在物理层精准定位数据单元。

3. Die 级 RAID：跨 Die 的校验与恢复核心

天硕独家闪存级冗余技术的核心由 Die RAID 实现：

（1）动态校验 Die 选取

固件会从 32 个 Die 中动态选择一个 Die 用于存放校验数据（Parity Data）。选择过程受磨损均衡与垃圾回收策略影响，校验 Die 会在全寿命周期内处于最佳状态。

（2）写入时自动生成冗余校验

在写入条带数据时，天硕工业级SSD固件会对用户数据执行 XOR 等算法生成校验值，并写入校验 Die。一旦某个 Die 出现异常数据或不可恢复 ECC 错误，就可根据校验重构丢失数据。

（3）故障恢复流程

当出现不可纠正的读错误（重读失败）时：主控会将读失败命令交给 RAID 模块 → RAID 模块分析出错的物理地址（PDA）并确定所在条带 → 读取同一条带内其他 Die 上的所有有效数据 → 对这些数据执行 XOR 运算，重构被损坏的数据块 → 恢复成功后将该数据写入新位置，原出错地址标记为已修复。

这样不仅实现数据恢复，也保证 Block、Die 层级的可靠性管理始终闭环。

4. Plane 级并行冗余：吞吐性能与局部容错的提升

在 Die RAID 的基础上，天硕同时利用 Plane 层的结构优势，将同一 Die 下的多个 Plane 组成平面冗余组：

跨 Plane 写入 → 提升并行度与多线程性能

Plane 局部退化或异常时 → 可利用同条带其他 Plane 数据恢复

与 Die RAID 协同，使数据保护覆盖全范围

这让天硕工业级SSD在高温、震动、电噪声等恶劣工况下仍保持稳定读写能力。

以更精细化设计实现高可靠的天硕工业级SSD

天硕独家闪存级冗余技术带来的价值不止于恢复本身，而是一套完整的高可靠性能力体系：更细颗粒度的数据自愈能力，实现传统 ECC、LDPC 无法覆盖的底层防护范围。单个 Die 损坏仍可恢复数据的能力，直接通过跨 Die 校验完成重构，大幅提升工业级应用的可靠性级别。极低性能损耗，保持高并行吞吐，Plane RAID 维持多平面并行写入，避免传统 RAID 带来的性能降低，使 SSD 在高并发与长时间运行下保持稳定。

最终实现在高温漂移、强振动和冲击、高辐射场景、持续高负载运行等场景中，均不会像一般固态硬盘那样快速累积 NAND 错误。

关于天硕（TOPSSD）

湖南天硕创新科技有限公司（TOPSSD）成立于2016年，是国家认定的高新技术企业，长期专注于高可靠、高性能存储技术的自主创新。公司立足国家战略需求，面向航空、航天、国防和高端工业等关键领域，提供完全自主可控的核心存储解决方案，切实保障国家关键信息基础设施的数据安全与运行稳定，为实现高水平科技自立自强提供坚实支撑。

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