算力“卷”上天！马斯克、贝佐斯看好太空数据中心，中国企业启动“天算计划”

地面算力中心建设如火如荼之际，太空正成为全球科技巨头角逐算力的新阵地，科技大佬纷纷看好。亚马逊创始人杰夫·贝佐斯放话“太空数据中心将成为太空事业的下一步”。今年11月，马斯克旗下SpaceX直接将英伟达H100 GPU送入太空。算力竞赛“卷”上天，为何要把算力中心搬去太空？在充满辐射的太空里建“云端机房”面临哪些挑战？中外企业布局了哪些大动作？

算力通信标准实现全球化的新机遇

亚马逊创始人杰夫·贝佐斯（Jeff Bezos）近期在2025年意大利科技周上预测，未来10到20年内，千兆瓦级的数据中心将在太空建成。谷歌前首席执行官埃里克·施密特（Eric Schmidt）今年表示，因对太空数据中心感兴趣而收购了太空科技公司Relativity Space。

SpaceX创始人马斯克也对太空算力网展现出兴趣，他曾表示星链卫星可用于在太空中建造大型数据中心，SpaceX将着手实施。总部位于西雅图的初创企业Starcloud同样希望在太空建造规模更大的数据中心，构想部署一个由4平方公里太阳能阵列供电的5GW数据中心卫星。

今年11月，Starcloud的一颗测试卫星（Starcloud-1）搭乘SpaceX的火箭抵达太空。这枚小型冰箱大小的卫星搭载了英伟达H100 GPU，将为其他卫星提供高性能推理和微调能力。

除Starcloud外，多家商业航天企业已制定将算力送入太空的计划。总部位于加州的初创公司Sophia space也计划建设太空数据中心。总部位于休斯顿的Axiom Space于2022年在国际空间站上测试了亚马逊网络服务的云计算设备。Axiom今年计划将其首批轨道数据中心节点送入近地轨道。

无论是模型训练，还是数据处理，都是离数据和用户越近越好。卫星的数据在天上产生，未来要在天上做训练，所以要在太空建万卡集群，让超大算力中心上天。”从事天基计算芯片开发的中科天算CEO刘垚圻对澎湃科技（www.thepaper.cn）表示，中科天算正在推进“天算计划”，目标在太阳同步轨道部署模块化太空超算中心，提供太空算力服务。

“天算计划”示意图。

刘垚圻表示，太空频轨资源有限，目前各国都在抢占空天战略资源。太空算力的生态并未闭合，构建太空算力网是我国算力通信标准实现全球化的机遇。在应用方面，随着太空经济的发展，未来成千上万用户若使用卫星数据，空间与地面的数据传输将极度耗时，但各类场景对即时决策的追求从未停止。

从事未来产业领域早期投资的上海未来产业基金投资执行总经理刘理鹏对澎湃科技（www.thepaper.cn）表示，天基计算属于未来空间与未来信息领域的关键前沿技术，我国在空天领域拥有深厚积累，国内顶尖高校及科研院所的从业者均具备扎实的技术功底，人才梯队系统培养、代代传承，已产出诸多优质成果。天基计算作为未来产业赛道，有望形成我国特有优势。算力上天，天数天算，将推动单星智能转向多星智能甚至算力星座，形成太空超算，通导遥算有望成为行业发展趋势，为算力应用打开想象空间，为深空探测等目标提供算力支撑。

空天信息实时智能服务系统的优越性

不妨畅想这样一幅未来图景：当卫星互联网迈入如同4G般便捷普惠的时代，普通手机或许就能轻松接入卫星网络，与太空系统智能交互。渔民出海捕捞金枪鱼，只需打开“鱼在哪”APP，询问“我想捕金枪鱼，能给我导航吗”，APP便会精准快速告知鱼群的位置信息、导航信息、建议适配的鱼钩渔网、最佳下网和收网时机，甚至会预估此次捕捞的销售价格。

“现在整个太空服务的时效性非常弱，应对缓慢演变类数据的分析能满足需求，但如果农民、渔民希望两秒内回复，目前还做不到。”刘垚圻表示，太空中的数据具有独特价值，信息快速加工、决策有效回传，就会产生新的服务应用，推动太空经济发展。无论是通信卫星、遥感卫星、导航卫星，还是科学实验卫星，都离不开强大算力支撑。

中国科学院和中国工程院两院院士李德仁领导推进通信、导航、遥感、计算一体化的“东方慧眼”空天信息实时智能服务系统。2023年1月成功发射的珞珈三号01星验证了遥感数据从获取到手机应用终端的分钟级服务的可行性，满足遥感信息“快、准、灵”的实时信息服务需求。据业内人士介绍，该星座已将算力设计在卫星上。

“遥感卫星越来越多，分辨率越来越高，卫星处理数据量将越来越大。”从事卫星遥感影像处理的中科天启数据制造事业部总监卢毅告诉澎湃科技（www.thepaper.cn），行业已在推进单颗卫星的算力搭载工作。卫星影像处理具有高读写、高输入输出特点，对算力要求高。卫星本身携带的算力和电力资源有限，限制卫星数据处理能力。星上存储容量耗尽后无法采集新数据，只有将数据下传至地面，清空星上存储空间，才能开展新一轮数据采集工作。如果增加卫星算力，星上计算可快速响应突发应急救援。“卫星每次重访，拍摄以后直接在星上处理并下传结果，这样下传的数据量小，也有利于地面快速获取信息。”

太空数据中心设想的支持者认为，太空优势显而易见，来自太阳的能源无限且免费。

在能源方面，天基太阳能阵列不会面临地面太阳能装置必须应对的天气限制。一旦阵列进入轨道，电力基本免费。贝佐斯认为，太空数据中心在轨道上飞行，由太阳提供动力，“这些庞大的训练集群在太空建造会更理想，因为那里有24小时不间断的太阳能。”他表示，“未来几十年内能够让太空数据中心的成本低于地面数据中心。”

太空算力基建难度远超地面

但在太空建算力基础设施的设想技术难度并不小。

刘垚圻介绍，尽管建设太空算力基础设施无需考虑占地或能源问题，也不受气象灾害影响，但天基计算面临与地面截然不同的挑战与技术要求。空间的真空、微重力、极端温差环境对算力设施的热设计、可靠性提出了严苛要求。

芯片进入太空后，不可避免会受到太空辐照的影响。芯片内部的沟道与栅极结构在电子、离子、重离子等粒子持续累积之下将产生环路电流，导致芯片被烧毁。太空辐照也会影响芯片寄存器，引发微小电流或电压的异常波动，最终导致二进制数据发生翻转，造成计算错误，甚至导致程序死机。刘垚圻表示，这些极端恶劣环境要求太空超算具备更高的抗辐射能力和软硬件容错设计。

与此同时，太空超算还必须满足超长寿命的严格指标，通常需要稳定在轨运行5-15年甚至更长时间；有限的载荷空间和质量约束要求太空超算具备高集成度和轻量化特征；芯片算力越强，功耗越大，散热也越困难，但空间平台的电源供应有限要求太空超算在保证计算性能的同时也要实现低功耗设计。这些需求远超地面超算的建设难度。而眼下最大的难点则是交通运输工具——火箭档期不足，发射成本依然高昂，运力亟待提升，当前太空任务的迭代速度仍显迟缓。

卢毅介绍，单颗卫星可携带的算力有限，卫星之间的算力组网技术复杂。“在地面，8张计算卡可以插到一台服务器中，依托底层软件实现组网计算。一颗卫星装载不了8张卡，星与星之间的组网计算更复杂，涉及到卫星通信相关技术。”

与此同时，无论算力基础设施是部署在太空还是地面，对于数据采购方而言，获取数据后必然希望将数据掌握在自己手中，因此对于将数据置于公共计算池中存在担忧，至于汇聚不同厂商的卫星数据开发下游应用更是难题。此外，卢毅表示，太空算力可满足星上处理需求，但不能完全替代地面处理。星上计算后，卫星下传的只是分析后的信息，目前无法对结果进行质检，这考验模型可靠性。

即便可以7*24小时不间断使用太阳能，但刘理鹏也提到，卫星组网后要支撑起数据中心的算力需求，难点在于，卫星的太阳能电池板既要经受住太空辐射的考验，又要减轻自身重量，否则与马斯克的可回收复用火箭相比，这笔经济账算不过来，只会增加发射成本。

从遥感智能化到应用智能化

尽管难度不小，国内相关机构和企业也在这一前沿赛道加速布局。今年5月，之江实验室太空计算卫星星座升空。该星座目标解决传统卫星数据处理效率瓶颈问题，推动人工智能在太空的应用与发展。此外，中国科学院计算技术研究所已成功研制单节点POPS级星载计算机，首次构建了基于国产高性能大算力芯片上天的技术体系。

刘垚圻介绍，在2019年，“把AI送上天”还是个非共识的大胆想法，彼时研究团队用4卡集群开展协同容错计算实验。2022年，他们怀着忐忑的心情，将寒武纪首款芯片送上天，尽管算力只有32TOPS，但团队成功验证了地面构想。

预判未来的卫星数量将大幅增长，2020年，团队立项探索卫星间协同计算。当时激光器技术不够完善、通信通路也不稳定，于是他们在单颗卫星上搭载三台设备，模拟三颗卫星的算力互联。到2024年，大模型竞赛已火遍地球，刘垚圻团队瞄准了太空领域的大模型空白，将经过压缩、剪枝蒸馏的一个0.23B大模型上注到太空，实现太空与地面流畅对话交互。

从验证算力上天，到验证算力协同，再探索模型应用，三个实验环环相扣。刘垚圻认为，未来太空算力的发展会经历遥感智能化、通信智能化、应用智能化三个阶段。遥感智能化阶段以数据为核心驱动力，围绕遥感图像处理展开。通信智能化阶段转向数据和通信双引擎，从天数天算进阶到天网天算。应用智能化阶段将超算能力延伸至太空，打造太空超算平台，支撑更复杂的太空应用场景。当火箭成本下降、卫星制造能力提升、太空超算建成，下一代卫星的功能形态将全面提升，不仅能“看”能“听”，还具备智能运算与决策的“思考”能力，通过语音交互反馈信息。

为推进“天算计划”，刘垚圻团队计划明年发射全尺寸GPU，通过遥感数据采集、通信回传、大模型处理决策，验证闭环决策链。未来将逐步推进多星协同与部署，优化与太空适配的大模型本体。“我们现在解决的超算上天都是单卡、单机柜上天。对比地面，太空算力相当于机柜打散了扔到太空里，未来这么多机柜怎么集聚、新旧怎么更替、接口怎么连，大模型变成了分布式，这种群体大模型的卫星组网后，新卫星怎么学习来保持知识延续，都需要进一步探索。”