人工智能浪潮重塑全球產(chǎn)業(yè)版圖，算力成核心戰(zhàn)略底座。地面算力面臨能源消耗和散熱環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，太空算力被視為下一個增長極。

將算力部署在軌，是從“天數(shù)地算”邁向“天數(shù)天算”乃至“地數(shù)天算”的關(guān)鍵一躍。然而，相比地面的高效散熱、成熟的器件和供電基礎(chǔ)設(shè)施等條件，在太空建設(shè)數(shù)據(jù)中心是否劃算？存在哪些技術(shù)與商業(yè)化難題？生態(tài)體系如何構(gòu)建？

3月22日，在天基計算前沿技術(shù)與產(chǎn)業(yè)生態(tài)論壇上，澎湃科技獲悉，當(dāng)前太空算力中心尚不具備規(guī)?；ㄔO(shè)的技術(shù)與商業(yè)化基礎(chǔ)，需保持戰(zhàn)略敏捷，以真實(shí)的場景和需求為牽引，逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)?；度牒蜕虡I(yè)化閉環(huán)。

衛(wèi)星數(shù)據(jù)洪流與利用率低下矛盾尖銳

“未來十年將是中國商業(yè)航天的黃金十年。”在中國科學(xué)院院士王建宇所研究的遙感領(lǐng)域，民用在軌遙感衛(wèi)星超640顆，形成高、中、低軌協(xié)同立體觀測網(wǎng)絡(luò)，單一載荷演進(jìn)為多載荷綜合，星上AI處理能力開始搭載部署。但在遙感大數(shù)據(jù)時代，數(shù)據(jù)洪流與利用率低下矛盾尖銳。王建宇介紹，有預(yù)測顯示，到2032年日產(chǎn)數(shù)據(jù)量達(dá)230PB，這需要大約10萬臺服務(wù)器才能完成處理。而當(dāng)前中國遙感數(shù)據(jù)實(shí)際利用率極低，海量數(shù)據(jù)處于“沉睡”狀態(tài)，未能發(fā)揮應(yīng)有價值。

傳統(tǒng)遙感數(shù)據(jù)處理鏈路包括事件發(fā)生、衛(wèi)星過頂、等待下行窗口、數(shù)據(jù)傳輸、地面處理和用戶獲取，全鏈路耗時數(shù)小時甚至數(shù)天，往往容易錯失最佳響應(yīng)窗口。寶貴的衛(wèi)星下行寬帶被大量無效數(shù)據(jù)占用，使得有效信息占比極低。智能化程度不足也導(dǎo)致衛(wèi)星只會拍照不會分析，多星難協(xié)同。

當(dāng)遙感數(shù)據(jù)從不夠用轉(zhuǎn)變?yōu)橛貌煌辏瑐鹘y(tǒng)地面處理模式已無法應(yīng)對，亟須將計算能力移至太空，在軌完成智能篩選與實(shí)時處理。王建宇認(rèn)為，算力星座將重塑對地觀測的服務(wù)流程，推動衛(wèi)星從過去單純的數(shù)據(jù)采集器進(jìn)化為在軌實(shí)時處理的太空智能終端，開啟全球范圍內(nèi)的感、傳、知、用一體化實(shí)時感知新范式。

當(dāng)前，天基計算正從概念走向現(xiàn)實(shí)。國際上，總部位于西雅圖的初創(chuàng)企業(yè)Starcloud成功發(fā)射搭載英偉達(dá)H100芯片的實(shí)驗衛(wèi)星。谷歌等科技巨頭宣布太空數(shù)據(jù)中心建設(shè)計劃，英偉達(dá)最近也發(fā)布了太空計算模塊。馬斯克旗下SpaceX已向美國聯(lián)邦通信委員會申請在近地軌道部署多達(dá)100萬顆衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)中心星座，希望利用太陽能為AI數(shù)據(jù)中心供電，馬斯克還醞釀在月球建造AI衛(wèi)星工廠。

在國內(nèi)，中國科學(xué)院和中國工程院兩院院士李德仁領(lǐng)導(dǎo)推進(jìn)通信、導(dǎo)航、遙感、計算一體化的“東方慧眼”空天信息實(shí)時智能服務(wù)系統(tǒng)。2024年，“東方慧眼”星座實(shí)現(xiàn)了首個國產(chǎn)化通用CPU+NPU架構(gòu)上天，并在隨后通過地面上注的方式完成了遙感大模型在軌推理。2025年，之江實(shí)驗室三體計算星座首發(fā)12顆計算衛(wèi)星入軌，經(jīng)過9個月在軌測試，三體計算星座首發(fā)任務(wù)形成組網(wǎng)、計算、模型部署、科學(xué)載荷在軌驗證等四大核心能力。

中國信通院云計算部主任馬飛表示，太空計算是繼通信、導(dǎo)航、遙感之后的新一代天基信息服務(wù)能力，也是關(guān)乎未來空間戰(zhàn)略制高點(diǎn)的核心領(lǐng)域。將算力部署在軌，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)“即采即算、按需下傳”是破解星地傳輸帶寬瓶頸、提升服務(wù)時效性的必由之路，也是從“天數(shù)地算”邁向“天數(shù)天算”乃至“地數(shù)天算”的關(guān)鍵一躍。

王建宇認(rèn)為，軌道數(shù)據(jù)中心是商業(yè)航天的下一個算力戰(zhàn)場，天基計算將開啟遙感對地觀測從數(shù)據(jù)洪流到價值涌現(xiàn)的范式變革。未來將實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星采集、星上AI實(shí)時處理、信息下行至用戶的空間計算模式，在軌就能實(shí)現(xiàn)智能解譯，延遲時間在分鐘級別。研究星上實(shí)時智能處理新方法，有望滿足災(zāi)害監(jiān)測、應(yīng)急響應(yīng)對分鐘級管控、智能化服務(wù)的迫切需求。

在太空建設(shè)數(shù)據(jù)中心是否劃算？

值得注意的是，當(dāng)前太空算力中心尚不具備規(guī)?；ㄔO(shè)的技術(shù)與商業(yè)化基礎(chǔ)，需保持戰(zhàn)略敏捷，以真實(shí)的場景和需求為牽引，逐步實(shí)現(xiàn)規(guī)?；度牒蜕虡I(yè)化閉環(huán)。

在器件研發(fā)上，中國工程院院士孫凝暉表示，要想設(shè)計太空數(shù)據(jù)中心，元器件和計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)必須保證算力可拓展，選擇高性能器件是必然路徑。他建議兩路并行，一是基于純商業(yè)芯片，另一條路徑是研發(fā)太空原生的抗輻照高性能芯片。孫凝暉表示，要抓住變道機(jī)遇，建立太空信息處理設(shè)施的RISC-V體系，通過專用體系結(jié)構(gòu)、芯粒集成等新技術(shù)，彌補(bǔ)我國商業(yè)芯片性能落后的現(xiàn)狀。

在散熱方面，地面數(shù)據(jù)中心通過空氣對流和液冷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效散熱，而真空環(huán)境中的太空數(shù)據(jù)中心無法通過對流方式散熱，僅依靠輻射散熱。為解決太空數(shù)據(jù)中心的散熱問題，孫凝暉認(rèn)為，要發(fā)展新型液冷等散發(fā)方法，開發(fā)高導(dǎo)熱系數(shù)材料、新型輻射散熱結(jié)構(gòu)及熱算一體設(shè)計。

太空數(shù)據(jù)中心設(shè)想的支持者認(rèn)為，太空優(yōu)勢顯而易見，來自太陽的能源無限且免費(fèi)。亞馬遜創(chuàng)始人杰夫·貝佐斯認(rèn)為，太空數(shù)據(jù)中心在軌道上飛行，由太陽提供動力，“這些龐大的訓(xùn)練集群在太空建造會更理想，因為那里有24小時不間斷的太陽能。”

地面數(shù)據(jù)中心有電網(wǎng)等成熟的供電基礎(chǔ)設(shè)施，而太空數(shù)據(jù)中心的能源主要依賴于太陽能。1KW級傳統(tǒng)剛性太陽陣列展開面積約3.3-5平方米，一臺8卡H100服務(wù)器持續(xù)工作需要大約56平方米的太陽陣列，一個萬卡數(shù)據(jù)中心則需要大約7萬平方米的太陽陣列。而建設(shè)太空數(shù)據(jù)中心的主要成本包括總發(fā)射成本和機(jī)器成本。在太空建設(shè)數(shù)據(jù)中心劃算與否，取決于單位發(fā)射成本。SpaceX通過高頻次的可回收發(fā)射，在2035年前有望將單位發(fā)射成本降至1400元/公斤。因此，未來也需要降低火箭發(fā)射成本，同時探索發(fā)展新型光伏材料等關(guān)鍵技術(shù)。

此外，多星組網(wǎng)形成太空算力集群，協(xié)同完成大規(guī)模計算任務(wù)，但挑戰(zhàn)在于，衛(wèi)星高速運(yùn)動導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涿爰壸兓?，任?wù)調(diào)度與容錯極其復(fù)雜。王建宇認(rèn)為，可探索星座級智能調(diào)度系統(tǒng)，構(gòu)建分布式星座協(xié)同計算架構(gòu)。

對于太空中的大模型訓(xùn)練，上海創(chuàng)智學(xué)院教授邱錫鵬表示，地面大模型可以集中上萬卡同時協(xié)同訓(xùn)練，而天上的衛(wèi)星是高度動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)間的連接頻繁通斷，傳輸延遲顯著，每顆衛(wèi)星只能用本地數(shù)據(jù)訓(xùn)練，學(xué)到的往往是片面、局部的知識，因此必須攻克利用碎片化知識匯聚成全局智能的挑戰(zhàn)，在高動態(tài)網(wǎng)絡(luò)下實(shí)現(xiàn)分布式協(xié)同訓(xùn)練。

當(dāng)然，衛(wèi)星壽命有限，僅在2024年，馬斯克的“星鏈”就有300多顆衛(wèi)星墜毀。星間衛(wèi)星不斷更替，個體能力差異大，邱錫鵬表示，如何在這種情況下讓新加入的衛(wèi)星快速融入智能體系，避免全體失調(diào)、知識斷層，也是亟須攻關(guān)的挑戰(zhàn)。

中國天基計算多地開花

通過國家隊引領(lǐng)、地緣協(xié)同、多元創(chuàng)新，當(dāng)前，中國天基計算構(gòu)建成京滬杭“鐵三角”核心與多地協(xié)同生態(tài)。北京聚焦原始創(chuàng)新與火箭集聚，杭州打造智能算法軟硬融合高地，而上海的優(yōu)勢則是構(gòu)建全產(chǎn)業(yè)鏈天基算力樞紐。

為搶占未來產(chǎn)業(yè)機(jī)遇，上海通過布局關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)任務(wù)、引進(jìn)培育優(yōu)質(zhì)企業(yè)、加速天基算力應(yīng)用場景落地，在天基計算領(lǐng)域的布局已初具雛形，坐落在上海松江G60的衛(wèi)星數(shù)字工廠，已實(shí)現(xiàn)1.5天生產(chǎn)一顆衛(wèi)星的工業(yè)化產(chǎn)能。

上海市科學(xué)技術(shù)委員會副主任屈煒表示，當(dāng)前全球科技創(chuàng)新密集活躍，天基計算正加速從技術(shù)探索向規(guī)?；渴鹧葸M(jìn)。國際方面，眾多航天、智算科技領(lǐng)軍企業(yè)紛紛布局，標(biāo)志天基計算正從概念走向現(xiàn)實(shí)、從單星智能邁向天地協(xié)同。國內(nèi)在天基計算領(lǐng)域也有一些積極的探索實(shí)踐。上海將未來產(chǎn)業(yè)作為培育新質(zhì)生產(chǎn)力、推動高質(zhì)量發(fā)展的重要抓手。在此背景下，市科委聚焦天基計算領(lǐng)域計算、能源、散熱、傳輸?shù)裙残约夹g(shù)瓶頸，統(tǒng)籌布局攻關(guān)任務(wù)，發(fā)揮鏈主企業(yè)引領(lǐng)作用，加快形成體系化能力，推動航天、計算、AI等技術(shù)與生態(tài)融合，推進(jìn)天基計算標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)與產(chǎn)業(yè)生態(tài)完善。

為整合產(chǎn)學(xué)研用資源，強(qiáng)化協(xié)同創(chuàng)新，上海成立“天算技術(shù)與產(chǎn)業(yè)生態(tài)聯(lián)盟”籌備組，推動形成要素集聚、優(yōu)勢互補(bǔ)、共建共享的產(chǎn)業(yè)生態(tài)格局。在天基計算標(biāo)準(zhǔn)體系方面，馬飛介紹，當(dāng)前，各家廠商的星載計算平臺在架構(gòu)、接口、互聯(lián)協(xié)議等方面各不相同，形成孤島。計算生態(tài)的不統(tǒng)一導(dǎo)致“通導(dǎo)遙”應(yīng)用無法跨平臺移植和協(xié)同，也缺乏統(tǒng)一的星間計算協(xié)同協(xié)議與任務(wù)調(diào)度的接口，使得構(gòu)建全球一體高效調(diào)度的太空算力互聯(lián)網(wǎng)困難重重。

“我們在衛(wèi)星制造與發(fā)射能力上已處于世界前列，但在決定未來產(chǎn)業(yè)生態(tài)和競爭力的天基計算標(biāo)準(zhǔn)上仍然亟待開發(fā)?！瘪R飛表示，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)就沒有互聯(lián)互通的生態(tài)，就無法實(shí)現(xiàn)成本的降低和應(yīng)用的繁榮。加速構(gòu)建與國際接軌、自主完整的天基計算標(biāo)準(zhǔn)體系已不是要不要做的選擇題，而是必須要做的緊迫任務(wù)。目前天基計算標(biāo)準(zhǔn)工作組已正式成立，該工作組旨在構(gòu)建引領(lǐng)全國、對接國際的規(guī)范體系，為天基計算產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供統(tǒng)一的技術(shù)遵循與標(biāo)準(zhǔn)化支撐。