萬卡集群要上天？中國硬核企業打造太空超算！

聞樂 2025-11-29 09:40:45 來源：量子位

克雷西 發自 凹非寺

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地面上的算力“內卷”，終于突破了大氣層的束縛。

前腳，裝有英偉達H100的Starcloud-1衛星搭乘SpaceX的獵鷹9號火箭成功進入軌道，邁出構建“太空超算”的關鍵一步。

谷歌緊隨其后，火速披露了部署搭載TPU衛星集群的“太陽捕手”計劃（Project Suncatcher）。

“太空超算”的概念，正在迅速從科幻構想走向工程現實，算力基礎設施正在經歷一場物理位置的劇變。

在這一前沿賽道上，中國的科研力量其實早已深耕多年。

從2019年起，中國科學院計算技術研究所、武漢大學、北京郵電大學等研究機構便已開始了太空智能計算的探索與行動——

• 中國科學院計算技術研究所是算力研究的國家隊，很早就開展了天基算力底座的研究工作，率先研制出極光POPS級星載智能計算載荷和天基大模型、智能體，并已開展了應用工作。
• 武漢大學牽頭研制了“東方慧眼”智能遙感星座，采用”光學+雷達+高光譜”協同觀測體系，突破星上智能處理、圖像高效壓縮等核心技術。
• 北京郵電大學主導構建了“天算星座”，通過“北郵一號”、“北郵二號/三號”等衛星，驗證了在軌星地IP網絡、星間激光通信等技術。
• ……

之江實驗室則在今年5月成功發射了“三體星座”計算衛星，開始了太空計算星座的組網驗證。

與此同時，中國的商業航天企業——中科天算，也在這一領域展開了布局。

中科天算是中國最早一批從事“天基計算”的團隊。團隊核心成員來自中國科學院計算技術研究所、航天部門、之江實驗室等優勢單位。

他們具有“互聯網”和“航天”兩方面的基因，既傳承著地面超算的成功經驗，也繼承了航天工程的嚴謹作風。

他們自2019年起深耕太空智能計算，先后突破星載高算力、在軌協同計算和天基大模型等關鍵技術，并在2024年完成大模型在軌上注與部署，構建出從感知到決策的“太空智能鏈”。

他們致力于突破“超算上天”、“Al for Space”核心技術，建立智能計算軟硬件系統與應用服務生態。

現在，他們發布了“天算計劃”，試圖在近地軌道上搭建一座真正的“太空超算”，在真空與輻射的絕境中開辟人類的“第二大腦”。

太空計算新范式：太空互聯網應用生態

隨著遙感精度提升和通信需求爆發，傳統的“天標地算”模式正面臨物理瓶頸——

長期以來，衛星主要扮演“傳感器”與“路由器”的角色，而真正的“大腦”始終停留在地面。

中科天算CEO劉垚圻形容，目前的天基信息基礎設施酷似地面互聯網的1G時代，昂貴且功能單一。

如同地面互聯網的發展一樣，當算力的進化為智能提供了基石，互聯網應用生態在4G時代迎來爆發，各類APP應用如雨后春筍般誕生。

隨著天基網絡基礎設施的建設，太空將迎來2G時代，人人都能打衛星電話、發衛星短信。

然而這還不足以支撐起整個太空經濟，太空算力的應用將促進太空互聯網4G時代的出現，構建出整個天基互聯網生態。

將算力推向數據源頭，在軌道側直接完成“感知-理解-決策”的閉環，其應用價值將產生質的飛躍。

以遠洋漁業為例，如果能夠實現在軌決策，未來的漁民將通過天基基礎設施提供的“上帝之眼”，隨時隨地都能知道哪里魚群比較多。

高光譜衛星實時觀測海洋環境，導航衛星提供定位，太空中的AI大模型經過數據整合與分析，直接向用戶終端推送“東北方20海里處半小時后有金槍魚群經過”的決策參考。

地面超算受限于物理延遲與星地帶寬瓶頸，難以滿足這種對時效性要求極高的服務需求，只有將算力部署在軌道側，才能實現即時響應。

中科天算相信，“天數-天網-天算”演進過程——從海量太空數據誕生，到太空互聯網編織，再到太空智能決策的出現——是技術發展的必然路徑。

正是在這個構想的驅使之下，“天算計劃”誕生了。

該計劃旨在建設一個真正的太空超算中心，目標是實現算力高達10EOPS的天基萬卡超級智能體集群在軌部署。

該集群由三大核心模塊組成，并具備模塊化組裝部署與更替能力——

• 100MW級的能源艙，利用太空無晝夜限制的優勢采用柔性光伏陣列與模塊化儲能系統，實現無限綠色供能；
• 10Tbps級的通信艙，通過百束百G比特的激光鏈路，實現太空節點與地空節點的隨遇按需互聯，構建高速數據傳輸網絡；
• 10EOPS級的算力艙，通過在軌部署高性能算力集群，集成萬張高性能計算卡，突破地面的能耗與散熱限制。

通過這一計劃，中科天算正試圖開啟一種“自然輻射冷卻、無限綠色供能、全域算力共享”的全新太空計算范式。

物理絕境中的工程突圍

不過，將地面超算的龐大算力直接搬運到太空，絕非簡單的物理位移，而是一場針對極端物理環境的系統重構。

在距地500公里的軌道上，工程師們必須直面兩大核心物理挑戰——

• 一是高能粒子輻射對精密芯片的微觀轟擊，這關乎計算的準確性與存活率。
• 二是真空環境下的極端熱管理，這決定了高功耗芯片能否持續運行而不燒毀。

這兩大難題如同兩座大山，橫亙在高性能算力與太空之間，迫使科研人員必須在架構層面尋找突破口。

在輻射防護方面，太空環境與地面超算存在本質差異。

天空中的高能粒子會帶來兩種截然不同的致命后果——

一種是“硬傷”，如總劑量效應或閂鎖效應，高能粒子會導致電流激增，直接將芯片物理燒毀；

另一種是“內傷”，即單粒子翻轉，雖然硬件完好，但邏輯電平發生跳變，導致計算結果出錯或系統“死機”。

傳統航天工程長期依賴“抗輻射加固”芯片，這類芯片通過加固電路等物理手段提高生存能力，但代價是制程落后且算力微弱，完全無法支撐現代AI模型。

為了打破這一僵局，中科天算團隊在研究中利用了半導體物理的一個特性——實驗結果顯示，制程先進的芯片雖然極易發生“單粒子翻轉”，導致邏輯電平跳變導致計算出錯，但發生“燒壞”的可能性卻更低了。

留得芯片在，不怕算不準，針對這一“死不了，但經常算錯”的特性，工程團隊提出了軟硬件互補容錯的思路。

他們通過多模冗余架構讓多個計算單元互為備份、實時比對，用計算架構的冗余換取了商用先進制程芯片在軌應用的可行性。

傳統航天計算機十年一代，而地面芯片性能每18個月翻一番。這種思路使得航天計算系統能夠擺脫漫長的研發周期，將地面最先進的芯片快速適配到太空環境。

相比于輻射帶來的軟錯誤，真空環境下的散熱問題則是更為致命的硬約束。

在地面，芯片產生的熱量可以通過空氣對流或液冷循環排放到環境中。

但在真空太空中，由于沒有空氣，熱對流機制完全失效，熱量的傳遞只能以效率較低的傳導形式進行。

對于功耗極高的先進芯片而言，其熱流密度遠超傳統航天器依靠固體結構或均溫版所能處理的極限。

一旦熱量在芯片表面堆積，瞬間就會導致停機甚至物理損壞。

中科天算為此研發了混合主動-被動冷卻架構，利用流體回路主動將熱量從高功耗芯片導出，替代了地面上使用的風冷方式，同時結合結構導熱與輻射散熱技術，在微重力環境下實現高效的熱量排散。

這種設計成功解決了工質在微重力與劇烈溫差下的循環與相變難題，支撐了高密度算力的穩定運行。

智能基礎設施走向深空

太空超算的意義遠不止于商業競爭，它更是未來人類利用太空、甚至走向深空的關鍵基礎設施。

不少人擔心衛星距地面太遠，會給太空算力產生巨大時延。而事實是，相比于地面跨區域算力調度工程的橫跨數千公里，距地500公里的近地軌道在物理距離上反而更具優勢。

此外，太空算力中心具有全球廣域覆蓋的優勢，更容易為邊遠地區的汽車、無人機等單位提供源源不斷的算力支持，為自動駕駛、低空經濟提供強勁發展動力。

并且，地面的算力中心在面對臺風、地震等自然災害或地面設施受損時，天基算力具備天然的抗毀性，能夠充當關鍵時刻的備份中樞。

當太空算力網成功實現時，它一定不僅僅是地面算力網的補充。相反，太空將成為算力和網絡的主戰場。

更長遠來看，隨著人類探索步伐邁向月球乃至火星，在這些天體表面重建全套算力設施的成本極其高昂。

而在軌道上預先部署通用的算力與通信節點，將成為連接地球與深空的數字橋梁。

從AI芯片上天的初步驗證，到如今全尺寸GPU與萬卡集群的工程化推進，全球在真空與輻射中積累的每一項技術突破，都在為人類數字文明的邊界拓展奠定基石。

在這個遠離地表的實驗場，計算機科學與航天工程的深度融合，正在打破地面算力的物理邊界，讓算力像陽光一樣普照全域。

— 完 —