“在太空中織一張算力網”——這一天馬行空的想象正在全球掀起新一輪科技革命。
近期，美國初創(chuàng)公司Starcloud宣布，計劃在今年8月份將一顆冰箱大小的衛(wèi)星數(shù)據(jù)中心送入太空。5月份，我國太空計算衛(wèi)星星座12顆衛(wèi)星發(fā)射升空，這是之江實驗室“三體計算星座”的首次發(fā)射，也是成都國星宇航科技股份有限公司(以下簡稱“國星宇航”)“星算”計劃的首發(fā)星座，標志著我國首個整軌互聯(lián)的太空計算衛(wèi)星星座正式進入組網階段。中美之外，歐盟亦在積極探索在太空中建設數(shù)據(jù)中心的可能性，并不斷對降低數(shù)據(jù)中心送入太空的成本、提高發(fā)射效率等進行研究。種種跡象表明，“太空計算時代”正徐徐拉開帷幕。
“目前，12星衛(wèi)星平臺系統(tǒng)、載荷等完成自檢，狀態(tài)良好，進入為期3個月左右的建鏈組網在軌測試?！闭劶疤沼嬎阈l(wèi)星星座情況，之江實驗室計算星座科研任務總體部技術總師、天基計算系統(tǒng)研究中心副主任李超告訴《證券日報》記者。
據(jù)了解，首發(fā)入軌的12顆計算衛(wèi)星均搭載了星載智算系統(tǒng)、星間通信系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)整軌衛(wèi)星互聯(lián)，具備太空在軌計算能力。計算衛(wèi)星單星最高算力達744TOPS(每秒744萬億次計算)，首發(fā)星座具備5POPS(每秒5千萬億次計算)的太空計算能力，星間激光通信速率最大可達100Gbps(每秒千兆比特)。
與通信衛(wèi)星、導航衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星相比，計算衛(wèi)星能夠實現(xiàn)將采集的信息直接在太空處理，之后給地面發(fā)回處理結果，實現(xiàn)“天感天算”。太空數(shù)據(jù)中心作為在太空部署的超高性能綜合計算平臺，能夠利用太陽能進行全天候供電。同時，太空環(huán)境接近絕對零度，使得數(shù)據(jù)中心無需額外的冷卻系統(tǒng)即可維持設備運行。算力系統(tǒng)可以通過輻射散熱，有效減輕傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心對冷卻系統(tǒng)的依賴，進一步降低能耗。
隨著計算衛(wèi)星的不斷發(fā)射，太空數(shù)據(jù)中心建設加速推進。據(jù)介紹，今年，之江實驗室將攜手國星宇航、濟南智星空間科技有限公司、地衛(wèi)二空間技術(杭州)有限公司等企業(yè)，共同完成超50顆計算衛(wèi)星的星座布局，并計劃在2030年前后達到千星規(guī)模。
氦星光聯(lián)科技(深圳)有限公司(以下簡稱“氦星光聯(lián)”)創(chuàng)始人譚俊告訴《證券日報》記者，目前氦星光聯(lián)已經在無錫建立了年產能400套激光通信終端的生產線多套，能夠滿足計算太空計算衛(wèi)星星座后續(xù)的發(fā)射需求。
建成后，“三體計算星座”總算力可達1000POPS(每秒百億億次計算)。李超表示，1000POPS的算力規(guī)模超過了目前大部分地面數(shù)據(jù)中心能夠提供的算力。當“三體計算星座”實現(xiàn)這個目標，也意味著該計算星座基本完成了從研究、工程以及市場化能力的驗證。
“人工智能在太空探索中扮演著突破約束的核心角色，而算力作為人工智能的‘物理基礎’，其重要性在太空場景中被進一步放大?！焙途Y本資深合伙人張元廷對記者表示，AI在太空中可應對極端環(huán)境下的“通信孤島”問題、處理海量數(shù)據(jù)等，因此太空需要人工智能。
譚俊向記者詳細解釋了“天感天算”的必要性?！耙赃b感探測場景為例，衛(wèi)星拍攝的照片數(shù)據(jù)量較大，往往需要進行壓縮才能傳輸?shù)降孛?，且僅有不到十分之一的有效衛(wèi)星數(shù)據(jù)能傳回地面；同時，衛(wèi)星在軌道運行期間需要經過地面接收站的可視范圍才能與地面進行數(shù)據(jù)傳輸，這個過程需要兩天至三天的時間。這一方面增加了用戶通過數(shù)據(jù)作出決策的難度；另一方面也使得遙感衛(wèi)星的太陽能電池板越做越長，增加了衛(wèi)星制造成本。因此，‘天感天算’十分重要?！弊T俊表示。
據(jù)介紹，通過衛(wèi)星組網，太空計算衛(wèi)星星座能夠實現(xiàn)全球無縫覆蓋，尤其適用于偏遠地區(qū)、海洋和空域的數(shù)據(jù)處理需求。計算衛(wèi)星之間可以通過激光通信實現(xiàn)低時延互聯(lián)，因此能夠實時地把數(shù)據(jù)傳到地面。計算衛(wèi)星同時支持數(shù)據(jù)的免壓縮傳輸，能夠幫助用戶作出更精準的判斷。未來，在計算衛(wèi)星的賦能下，遙感衛(wèi)星星座也有望降低建設成本。
“‘三體計算星座’未來將在應急減災、生態(tài)環(huán)境保護等多個領域發(fā)揮巨大作用，為未來智慧城市建設提供更有效的數(shù)據(jù)支撐和在軌智能服務。”李超告訴記者，“以森林防火為例，傳統(tǒng)模式是衛(wèi)星捕獲數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸至地面進行處理，處理時間為小時級。如今將計算能力和人工智能送上太空，處理時間可提升至分鐘級甚至秒級。”
李超說：“我們期待計算能力‘上天’后，太空應用的邊界能夠被大幅度拓展?！?
在譚俊看來，隨著計算衛(wèi)星的成功發(fā)射，衛(wèi)星產業(yè)格局將被改寫。“從成本來看，單一功能能夠更好地降低衛(wèi)星制造和發(fā)射成本；從功能來看，‘三體計算星座’的算力也能夠支持通信衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星以及導航衛(wèi)星更聚焦于單一功能。未來，既會有功能復雜的一體化多應用衛(wèi)星存在，也會有單一功能的衛(wèi)星，但數(shù)量比例會發(fā)生變化，單一功能衛(wèi)星會占據(jù)主流?！?
在此次發(fā)射過程中，之江實驗室承擔了首發(fā)任務星載智能計算機等太空計算軟硬件和天基模型的研制工作。談及此次發(fā)射的難度，李超告訴記者，將12顆計算衛(wèi)星連接在一起，工作難度相當大。之江實驗室研發(fā)了100余個硬件和200余個軟件，自研的代碼近100萬行，就是要把這個系統(tǒng)真正地連起來，這也是此次發(fā)射之江實驗室最大的貢獻點和最大突破。
國星宇航自主研發(fā)了智能網聯(lián)衛(wèi)星平臺，配套AI載荷，推動衛(wèi)星從“單功能載荷”向“全場景智能終端”升級，提升衛(wèi)星智能化水平和應用效能。
氦星光聯(lián)承擔了激光通信終端的研制工作?！拔覀児タ说淖畲箅y點在于要求7×24每臺激光通信終端都要實時在線建立高速傳輸通信?！弊T俊表示，這意味著氦星光聯(lián)需要同時完成12顆衛(wèi)星之間的建立、11條新的激光通信鏈路的校準和測試，以確保其穩(wěn)定性和可靠性。
此外，相關上市公司亦在不同程度上參與了對于太空算力的探索。在回復投資者關于計算衛(wèi)星項目的提問時，航天時代電子技術股份有限公司相關負責人在投資者互動平臺上表示，公司型譜化激光通信終端、數(shù)據(jù)分發(fā)處理機等多項衛(wèi)星載荷已全面配套用戶裝備星。浙江臻鐳科技股份有限公司相關負責人在投資者互動平臺上表示，公司是衛(wèi)星互聯(lián)網元器件供應商之一。
將數(shù)據(jù)中心“送上天”的愿景在產業(yè)各方協(xié)同努力下正逐步落地。但技術瓶頸、散熱難題、輻射風險以及經濟可行性等核心挑戰(zhàn)，仍是當前建設過程中必須突破的關鍵障礙。
“目前，在太空中部署AI算力的瓶頸是高效散熱系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行。”中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應用分會專家委員楚攀對《證券日報》記者表示，傳統(tǒng)的AI算力系統(tǒng)不適合太空部署，未來需要針對太空算力的特殊需求，研究新型AI算力系統(tǒng)，進而解決散熱難題。
廈門大學中國能源政策研究院院長林伯強在接受記者采訪時表示，盡管太空數(shù)據(jù)中心能提升運算效率，但最終怎么將數(shù)據(jù)中心“送上天”，“送”的成本有多大，目前還不明確?！斑@意味著，企業(yè)在發(fā)射成本、運營成本和數(shù)據(jù)傳輸效率提升之間，還要算一筆經濟賬。”林伯強說。
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