“在太空中織一張算力網(wǎng)”——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(guó)初創(chuàng)公司Starcloud宣布，計(jì)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(guó)太空計(jì)算衛(wèi)星星座12顆衛(wèi)星發(fā)射升空，這是之江實(shí)驗(yàn)室“三體計(jì)算星座”的首次發(fā)射，也是成都國(guó)星宇航科技股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“國(guó)星宇航”）“星算”計(jì)劃的首發(fā)星座，標(biāo)志著我國(guó)首個(gè)整軌互聯(lián)的太空計(jì)算衛(wèi)星星座正式進(jìn)入組網(wǎng)階段。中美之外，歐盟亦在積極探索在太空中建設(shè)數(shù)據(jù)中心的可能性，并不斷對(duì)降低數(shù)據(jù)中心送入太空的成本、提高發(fā)射效率等進(jìn)行研究。種種跡象表明，“太空計(jì)算時(shí)代”正徐徐拉開帷幕。

持續(xù)推進(jìn)太空數(shù)據(jù)中心建設(shè)

“目前，12星衛(wèi)星平臺(tái)系統(tǒng)、載荷等完成自檢，狀態(tài)良好，進(jìn)入為期3個(gè)月左右的建鏈組網(wǎng)在軌測(cè)試。”談及太空計(jì)算衛(wèi)星星座情況，之江實(shí)驗(yàn)室計(jì)算星座科研任務(wù)總體部技術(shù)總師、天基計(jì)算系統(tǒng)研究中心副主任李超告訴《證券日?qǐng)?bào)》記者。

據(jù)了解，首發(fā)入軌的12顆計(jì)算衛(wèi)星均搭載了星載智算系統(tǒng)、星間通信系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)整軌衛(wèi)星互聯(lián)，具備太空在軌計(jì)算能力。計(jì)算衛(wèi)星單星最高算力達(dá)744TOPS（每秒744萬億次計(jì)算），首發(fā)星座具備5POPS（每秒5千萬億次計(jì)算）的太空計(jì)算能力，星間激光通信速率最大可達(dá)100Gbps（每秒千兆比特）。

與通信衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星相比，計(jì)算衛(wèi)星能夠?qū)崿F(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(jié)果，實(shí)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(jì)算平臺(tái)，能夠利用太陽(yáng)能進(jìn)行全天候供電。同時(shí)，太空環(huán)境接近絕對(duì)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(shè)備運(yùn)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(duì)冷卻系統(tǒng)的依賴，進(jìn)一步降低能耗。

隨著計(jì)算衛(wèi)星的不斷發(fā)射，太空數(shù)據(jù)中心建設(shè)加速推進(jìn)。據(jù)介紹，今年，之江實(shí)驗(yàn)室將攜手國(guó)星宇航、濟(jì)南智星空間科技有限公司、地衛(wèi)二空間技術(shù)（杭州）有限公司等企業(yè)，共同完成超50顆計(jì)算衛(wèi)星的星座布局，并計(jì)劃在2030年前后達(dá)到千星規(guī)模。

氦星光聯(lián)科技（深圳）有限公司（以下簡(jiǎn)稱“氦星光聯(lián)”）創(chuàng)始人譚俊告訴《證券日?qǐng)?bào)》記者，目前氦星光聯(lián)已經(jīng)在無錫建立了年產(chǎn)能400套激光通信終端的生產(chǎn)線，每個(gè)月生產(chǎn)30多套，能夠滿足計(jì)算太空計(jì)算衛(wèi)星星座后續(xù)的發(fā)射需求。

建成后，“三體計(jì)算星座”總算力可達(dá)1000POPS（每秒百億億次計(jì)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(dāng)“三體計(jì)算星座”實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，也意味著該計(jì)算星座基本完成了從研究、工程以及市場(chǎng)化能力的驗(yàn)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(chǔ)’，其重要性在太空?qǐng)鼍爸斜贿M(jìn)一步放大?！焙途Y本資深合伙人張?jiān)?duì)記者表示，AI在太空中可應(yīng)對(duì)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。

有望重構(gòu)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)格局

譚俊向記者詳細(xì)解釋了“天感天算”的必要性?！耙赃b感探測(cè)場(chǎng)景為例，衛(wèi)星拍攝的照片數(shù)據(jù)量較大，往往需要進(jìn)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(shí)，衛(wèi)星在軌道運(yùn)行期間需要經(jīng)過地面接收站的可視范圍才能與地面進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這個(gè)過程需要兩天至三天的時(shí)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(yáng)能電池板越做越長(zhǎng)，增加了衛(wèi)星制造成本。因此，‘天感天算’十分重要。”譚俊表示。

據(jù)介紹，通過衛(wèi)星組網(wǎng)，太空計(jì)算衛(wèi)星星座能夠?qū)崿F(xiàn)全球無縫覆蓋，尤其適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)、海洋和空域的數(shù)據(jù)處理需求。計(jì)算衛(wèi)星之間可以通過激光通信實(shí)現(xiàn)低時(shí)延互聯(lián)，因此能夠?qū)崟r(shí)地把數(shù)據(jù)傳到地面。計(jì)算衛(wèi)星同時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)的免壓縮傳輸，能夠幫助用戶作出更精準(zhǔn)的判斷。未來，在計(jì)算衛(wèi)星的賦能下，遙感衛(wèi)星星座也有望降低建設(shè)成本。

“‘三體計(jì)算星座’未來將在應(yīng)急減災(zāi)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用，為未來智慧城市建設(shè)提供更有效的數(shù)據(jù)支撐和在軌智能服務(wù)?！崩畛嬖V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(jìn)行處理，處理時(shí)間為小時(shí)級(jí)。如今將計(jì)算能力和人工智能送上太空，處理時(shí)間可提升至分鐘級(jí)甚至秒級(jí)?！?/p>

李超說：“我們期待計(jì)算能力‘上天’后，太空應(yīng)用的邊界能夠被大幅度拓展?！?/p>

在譚俊看來，隨著計(jì)算衛(wèi)星的成功發(fā)射，衛(wèi)星產(chǎn)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(jì)算星座’的算力也能夠支持通信衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星以及導(dǎo)航衛(wèi)星更聚焦于單一功能。未來，既會(huì)有功能復(fù)雜的一體化多應(yīng)用衛(wèi)星存在，也會(huì)有單一功能的衛(wèi)星，但數(shù)量比例會(huì)發(fā)生變化，單一功能衛(wèi)星會(huì)占據(jù)主流。”

產(chǎn)業(yè)協(xié)同破解“上天”難題

全球首個(gè)太空計(jì)算衛(wèi)星星座的成功發(fā)射是多方優(yōu)勢(shì)技術(shù)的結(jié)晶。

在此次發(fā)射過程中，之江實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)了首發(fā)任務(wù)星載智能計(jì)算機(jī)等太空計(jì)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(jì)算衛(wèi)星連接在一起，工作難度相當(dāng)大。之江實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了100余個(gè)硬件和200余個(gè)軟件，自研的代碼近100萬行，就是要把這個(gè)系統(tǒng)真正地連起來，這也是此次發(fā)射之江實(shí)驗(yàn)室最大的貢獻(xiàn)點(diǎn)和最大突破。

國(guó)星宇航自主研發(fā)了智能網(wǎng)聯(lián)衛(wèi)星平臺(tái)，配套AI載荷，推動(dòng)衛(wèi)星從“單功能載荷”向“全場(chǎng)景智能終端”升級(jí)，提升衛(wèi)星智能化水平和應(yīng)用效能。

氦星光聯(lián)承擔(dān)了激光通信終端的研制工作?！拔覀児タ说淖畲箅y點(diǎn)在于要求7×24每臺(tái)激光通信終端都要實(shí)時(shí)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(shí)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(zhǔn)和測(cè)試，以確保其穩(wěn)定性和可靠性。

此外，相關(guān)上市公司亦在不同程度上參與了對(duì)于太空算力的探索。在回復(fù)投資者關(guān)于計(jì)算衛(wèi)星項(xiàng)目的提問時(shí)，航天時(shí)代電子技術(shù)股份有限公司相關(guān)負(fù)責(zé)人在投資者互動(dòng)平臺(tái)上表示，公司型譜化激光通信終端、數(shù)據(jù)分發(fā)處理機(jī)等多項(xiàng)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(guān)負(fù)責(zé)人在投資者互動(dòng)平臺(tái)上表示，公司是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)元器件供應(yīng)商之一。

將數(shù)據(jù)中心“送上天”的愿景在產(chǎn)業(yè)各方協(xié)同努力下正逐步落地。但技術(shù)瓶頸、散熱難題、輻射風(fēng)險(xiǎn)以及經(jīng)濟(jì)可行性等核心挑戰(zhàn)，仍是當(dāng)前建設(shè)過程中必須突破的關(guān)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(yùn)行?！敝袊?guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)專家委員楚攀對(duì)《證券日?qǐng)?bào)》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(duì)太空算力的特殊需求，研究新型AI算力系統(tǒng)，進(jìn)而解決散熱難題。

廈門大學(xué)中國(guó)能源政策研究院院長(zhǎng)林伯強(qiáng)在接受記者采訪時(shí)表示，盡管太空數(shù)據(jù)中心能提升運(yùn)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(yùn)營(yíng)成本和數(shù)據(jù)傳輸效率提升之間，還要算一筆經(jīng)濟(jì)賬?！绷植畯?qiáng)說。（記者 李喬宇 馮雨瑤）