万卡集群要上天？中国硬核企业打造太空超算！

克雷西 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

地面上的算力“内卷”，终于突破了大气层的束缚。

前脚，装有英伟达H100的Starcloud-1卫星搭乘SpaceX的猎鹰9号火箭成功进入轨道，迈出构建“太空超算”的关键一步。

谷歌紧随其后，火速披露了部署搭载TPU卫星集群的“太阳捕手”计划（Project Suncatcher）。

“太空超算”的概念，正在迅速从科幻构想走向工程现实，算力基础设施正在经历一场物理位置的剧变。

在这一前沿赛道上，中国的科研力量其实早已深耕多年。

从2019年起，中国科学院计算技术研究所、武汉大学、北京邮电大学等研究机构便已开始了太空智能计算的探索与行动——

• 中国科学院计算技术研究所是算力研究的国家队，很早就开展了天基算力底座的研究工作，率先研制出极光POPS级星载智能计算载荷和天基大模型、智能体，并已开展了应用工作。
• 武汉大学牵头研制了“东方慧眼”智能遥感星座，采用”光学+雷达+高光谱”协同观测体系，突破星上智能处理、图像高效压缩等核心技术。
• 北京邮电大学主导构建了“天算星座”，通过“北邮一号”、“北邮二号/三号”等卫星，验证了在轨星地IP网络、星间激光通信等技术。

之江实验室则在今年5月成功发射了“三体星座”计算卫星，开始了太空计算星座的组网验证。

与此同时，中国的商业航天企业——中科天算，也在这一领域展开了布局。

中科天算是中国最早一批从事“天基计算”的团队。团队核心成员来自中国科学院计算技术研究所、航天部门、之江实验室等优势单位。

他们具有“互联网”和“航天”两方面的基因，既传承着地面超算的成功经验，也继承了航天工程的严谨作风。

他们自2019年起深耕太空智能计算，先后突破星载高算力、在轨协同计算和天基大模型等关键技术，并在2024年完成大模型在轨上注与部署，构建出从感知到决策的“太空智能链”。

他们致力于突破“超算上天”、“Al for Space”核心技术，建立智能计算软硬件系统与应用服务生态。

现在，他们发布了“天算计划”，试图在近地轨道上搭建一座真正的“太空超算”，在真空与辐射的绝境中开辟人类的“第二大脑”。

太空计算新范式：太空互联网应用生态

随着遥感精度提升和通信需求爆发，传统的“天标地算”模式正面临物理瓶颈——

长期以来，卫星主要扮演“传感器”与“路由器”的角色，而真正的“大脑”始终停留在地面。

中科天算CEO刘垚圻形容，目前的天基信息基础设施酷似地面互联网的1G时代，昂贵且功能单一。

如同地面互联网的发展一样，当算力的进化为智能提供了基石，互联网应用生态在4G时代迎来爆发，各类APP应用如雨后春笋般诞生。

随着天基网络基础设施的建设，太空将迎来2G时代，人人都能打卫星电话、发卫星短信。

然而这还不足以支撑起整个太空经济，太空算力的应用将促进太空互联网4G时代的出现，构建出整个天基互联网生态。

将算力推向数据源头，在轨道侧直接完成“感知-理解-决策”的闭环，其应用价值将产生质的飞跃。

以远洋渔业为例，如果能够实现在轨决策，未来的渔民将通过天基基础设施提供的“上帝之眼”，随时随地都能知道哪里鱼群比较多。

高光谱卫星实时观测海洋环境，导航卫星提供定位，太空中的AI大模型经过数据整合与分析，直接向用户终端推送“东北方20海里处半小时后有金枪鱼群经过”的决策参考。

地面超算受限于物理延迟与星地带宽瓶颈，难以满足这种对时效性要求极高的服务需求，只有将算力部署在轨道侧，才能实现即时响应。

中科天算相信，“天数-天网-天算”演进过程——从海量太空数据诞生，到太空互联网编织，再到太空智能决策的出现——是技术发展的必然路径。

正是在这个构想的驱使之下，“天算计划”诞生了。

该计划旨在建设一个真正的太空超算中心，目标是实现算力高达10EOPS的天基万卡超级智能体集群在轨部署。

该集群由三大核心模块组成，并具备模块化组装部署与更替能力——

• 100MW级的能源舱，利用太空无昼夜限制的优势采用柔性光伏阵列与模块化储能系统，实现无限绿色供能；
• 10Tbps级的通信舱，通过百束百G比特的激光链路，实现太空节点与地空节点的随遇按需互联，构建高速数据传输网络；
• 10EOPS级的算力舱，通过在轨部署高性能算力集群，集成万张高性能计算卡，突破地面的能耗与散热限制。

通过这一计划，中科天算正试图开启一种“自然辐射冷却、无限绿色供能、全域算力共享”的全新太空计算范式。

物理绝境中的工程突围

不过，将地面超算的庞大算力直接搬运到太空，绝非简单的物理位移，而是一场针对极端物理环境的系统重构。

在距地500公里的轨道上，工程师们必须直面两大核心物理挑战——

• 一是高能粒子辐射对精密芯片的微观轰击，这关乎计算的准确性与存活率。
• 二是真空环境下的极端热管理，这决定了高功耗芯片能否持续运行而不烧毁。

这两大难题如同两座大山，横亘在高性能算力与太空之间，迫使科研人员必须在架构层面寻找突破口。

辐射防护方面，太空环境与地面超算存在本质差异。

天空中的高能粒子会带来两种截然不同的致命后果——

一种是“硬伤”，如总剂量效应或闩锁效应，高能粒子会导致电流激增，直接将芯片物理烧毁；

另一种是“内伤”，即单粒子翻转，虽然硬件完好，但逻辑电平发生跳变，导致计算结果出错或系统“死机”。

传统航天工程长期依赖“抗辐射加固”芯片，这类芯片通过加固电路等物理手段提高生存能力，但代价是制程落后且算力微弱，完全无法支撑现代AI模型。

为了打破这一僵局，中科天算团队在研究中利用了半导体物理的一个特性——实验结果显示，制程先进的芯片虽然极易发生“单粒子翻转”，导致逻辑电平跳变导致计算出错，但发生“烧坏”的可能性却更低了。

留得芯片在，不怕算不准，针对这一“死不了，但经常算错”的特性，工程团队提出了软硬件互补容错的思路。

他们通过多模冗余架构让多个计算单元互为备份、实时比对，用计算架构的冗余换取了商用先进制程芯片在轨应用的可行性。

传统航天计算机十年一代，而地面芯片性能每18个月翻一番。这种思路使得航天计算系统能够摆脱漫长的研发周期，将地面最先进的芯片快速适配到太空环境。

相比于辐射带来的软错误，真空环境下的散热问题则是更为致命的硬约束。

在地面，芯片产生的热量可以通过空气对流或液冷循环排放到环境中。

但在真空太空中，由于没有空气，热对流机制完全失效，热量的传递只能以效率较低的传导形式进行。

对于功耗极高的先进芯片而言，其热流密度远超传统航天器依靠固体结构或均温版所能处理的极限。

一旦热量在芯片表面堆积，瞬间就会导致停机甚至物理损坏。

中科天算为此研发了混合主动-被动冷却架构，利用流体回路主动将热量从高功耗芯片导出，替代了地面上使用的风冷方式，同时结合结构导热与辐射散热技术，在微重力环境下实现高效的热量排散。

这种设计成功解决了工质在微重力与剧烈温差下的循环与相变难题，支撑了高密度算力的稳定运行。

智能基础设施走向深空

太空超算的意义远不止于商业竞争，它更是未来人类利用太空、甚至走向深空的关键基础设施。

不少人担心卫星距地面太远，会给太空算力产生巨大时延。而事实是，相比于地面跨区域算力调度工程的横跨数千公里，距地500公里的近地轨道在物理距离上反而更具优势。

此外，太空算力中心具有全球广域覆盖的优势，更容易为边远地区的汽车、无人机等单位提供源源不断的算力支持，为自动驾驶、低空经济提供强劲发展动力。

并且，地面的算力中心在面对台风、地震等自然灾害或地面设施受损时，天基算力具备天然的抗毁性，能够充当关键时刻的备份中枢。

当太空算力网成功实现时，它一定不仅仅是地面算力网的补充。相反，太空将成为算力和网络的主战场。

更长远来看，随着人类探索步伐迈向月球乃至火星，在这些天体表面重建全套算力设施的成本极其高昂。

而在轨道上预先部署通用的算力与通信节点，将成为连接地球与深空的数字桥梁。

从AI芯片上天的初步验证，到如今全尺寸GPU与万卡集群的工程化推进，全球在真空与辐射中积累的每一项技术突破，都在为人类数字文明的边界拓展奠定基石。

在这个远离地表的实验场，计算机科学与航天工程的深度融合，正在打破地面算力的物理边界，让算力像阳光一样普照全域。

— 完 —