韩国原子能研究院首次验证航天级AI半导体技术

航天AI半导体是航空航天与人工智能深度融合的核心。为应对太空中极端的高低温、真空与强烈辐射环境，此类芯片通常采用抗辐射加固设计与宽禁带半导体材料（如氮化镓、碳化硅）。目前，该领域正从传统的单片系统级芯片（SoC）向3D异构集成（3DHI）发展，以满足卫星和深空探测中日益增长的边缘计算与机器学习需求。

韩国原子能研究院（KAERI）宣布，该院已成为首个验证下一代纳米半导体技术能够在太空辐射环境下进行人工智能（AI）计算的机构。这一成果为研发能够在辐射环境下稳定运行的抗辐射半导体技术开辟了新的可能。

韩国原子能研究院 (KAERI) 首席研究员康昌九在 5 月 19 日于京畿道光教科技谷京畿道商业与科学加速器举行的 2026 年先进战略半导体创新大会 (ASSIC) 上发表了题为“用于航天和国防应用的下一代纳米半导体的抗辐射加固技术”的演讲。

太空是一个极端辐射环境。在近地轨道上，每小时有超过10万个高能粒子（包括伽马射线、电子和质子）撞击地球。如果半导体在这种环境下发生故障，卫星、导弹和战斗机等整个战略系统都可能面临风险。事实上，超小型卫星故障中有64%都归因于太空辐射。

随着半导体技术不断向更精细的几何结构和堆叠架构发展，这个问题变得日益严重。在早期使用平面晶体管的器件中，单个辐射粒子可能只会损坏一个存储单元。然而，如今，诸如高带宽存储器（HBM）之类的三维堆叠结构，使得单个粒子能够垂直穿透整个堆叠结构，从而影响整个芯片或系统。

韩国仍然严重依赖外国供应商。该国战略防御和航天系统所用半导体约98%依赖进口。目前，韩国尚无国产商用级抗辐射半导体——即经过专门设计和验证，能够在辐射环境下可靠运行的半导体。包括BAE系统公司、德州仪器公司、赛灵思公司和瑞萨电子公司在内的海外企业已实现此类产品的商业化。美国国防部也已向SkyWater Technology投资1.7亿美元，以确保其拥有专用的国防和航天应用半导体生产线。

康昌九表示：“即使技术研发完成，在实际系统部署之前，至少还需要两年的轨道验证。” 他补充道：“我们需要立即开始研发抗辐射加固技术，以增强供应链的韧性。”

韩国原子能研究院（KAERI）致力于研发二维纳米材料，将其作为下一代抗辐射半导体材料。由于此类材料仅有一到两个原子层厚，实际与辐射相互作用的体积极小，有助于最大限度地减少辐射损伤。基于二硫化钼（MoS₂）晶体管的实验表明，即使经过质子辐照，其电学特性仍保持稳定，电流性能未发生退化。

另一项显著成果是验证了韩国原子能研究院 (KAERI)、忠北国立大学和imec联合研发的基于铟镓锌氧化物 (IGZO) 的突触晶体管。突触晶体管是人工智能半导体的基础组件，其设计模拟人脑中的神经连接。关键挑战在于确定此类人工智能半导体能否在太空环境下持续运行。研究团队将这些器件暴露于33兆电子伏 (MeV) 的高能质子辐照下——这相当于近地轨道卫星20多年的辐射暴露量。

康昌九表示：“即使经过33MeV质子的照射，该系统在手写字符识别模拟中仍保持了92.61%的准确率，验证了下一代半导体在太空环境中的应用潜力。” 该研究成果发表于3月份的《半导体工艺与材料科学杂志》。

韩国原子能研究院（KAERI）也在升级其抗辐射半导体测试基础设施。位于庆州的100MeV级直线质子加速器于5月13日实现了超过4万小时的无事故运行。今年下半年，KAERI还计划启用一个能够同时模拟辐射暴露和热循环条件的综合环境测试舱。此外，韩国政府于今年4月启动了一项初步研究，旨在将现有的100MeV级加速器升级为200MeV级系统。

韩国原子能研究院计划先期开发七种抗辐射半导体，并分两个阶段将其安装在实际卫星上进行轨道验证。