轨道AI数据中心面临残酷经济现实的原因

从某种意义上说，这一切都是必然的。埃隆·马斯克和他的团队多年来一直在谈论太空中的AI，主要是在伊恩·班克斯科幻小说系列的背景下，该系列描述了一个遥远未来的宇宙，智能飞船在其中漫游并控制着银河系。

现在马斯克看到了实现这一愿景的机会。他的公司SpaceX已经向监管部门申请许可，计划建造太阳能轨道数据中心，分布在多达一百万颗卫星上，可以将多达100 GW的计算能力转移到地球之外。据报道，他还建议在月球上建造一些AI卫星。

"在36个月或更短的时间内，太空将是部署AI最便宜的地方，"马斯克上周在Stripe联合创始人约翰·科里森主持的播客中说道。

他并不孤单。据报道，xAI的计算负责人与Anthropic的同行打赌，到2028年全球1%的计算将在轨道上进行。谷歌（拥有SpaceX重要股份）宣布了名为"日光捕手项目"的太空AI计划，将于2027年发射原型飞行器。由谷歌和安德森霍罗威茨支持、已融资3400万美元的初创公司Starcloud上周提交了自己的8万颗卫星星座计划。甚至杰夫·贝索斯也说这是未来。

但在炒作背后，将数据中心送入太空实际需要什么？

初步分析显示，当今的地面数据中心仍然比轨道数据中心更便宜。太空工程师安德鲁·麦卡利普构建了一个有用的计算器来比较这两种模式。他的基准结果显示，一个1 GW的轨道数据中心可能耗资424亿美元——几乎是地面数据中心的3倍，这主要是由于建造和发射卫星的前期成本。

专家表示，要改变这一等式，需要在多个领域进行技术开发、大规模资本支出，以及在太空级组件供应链方面做大量工作。这还取决于地面成本的上升，因为资源和供应链受到不断增长的需求压力。

设计和发射卫星

任何太空商业模式的关键驱动因素是将任何东西送上太空的成本。马斯克的SpaceX已经在推低进入轨道的成本，但分析师们认为，要让轨道数据中心成为现实，需要更低的价格来完成商业案例。换句话说，虽然AI数据中心可能看起来是SpaceX IPO前的新业务线，但这个计划依赖于完成该公司最长期的未完成项目——星舰。

考虑到可重复使用的猎鹰9号今天的轨道成本约为3600美元/公斤。根据日光捕手项目的白皮书，要让太空数据中心可行，需要接近200美元/公斤的价格，这是18倍的改进，预计在2030年代可以实现。然而，在这个价格下，今天星链卫星提供的能源将与地面数据中心具有成本竞争力。

预期SpaceX的下一代星舰火箭将带来这些改进——没有其他在开发中的飞行器承诺同等的节省。然而，该飞行器尚未投入运营，甚至尚未到达轨道；星舰的第三次迭代预计将在未来几个月内进行首次发射。

然而，即使星舰完全成功，认为它将立即为客户提供更低价格的假设可能经不起检验。咨询公司Rational Futures的经济学家提出了一个令人信服的论点，即与猎鹰9号一样，SpaceX不会希望收费比最佳竞争对手低太多——否则公司就是在放弃金钱。例如，如果蓝色起源的新格伦火箭零售价为7000万美元，SpaceX不会以低于这个数字太多的价格为外部客户承担星舰任务，这将使其高于太空数据中心建造者公开假设的数字。

"目前还没有足够的火箭发射一百万颗卫星，所以我们离那还很远，"亚马逊云服务首席执行官马特·戈尔曼在最近的一次活动中说。"如果你考虑今天将有效载荷送入太空的成本，那是巨大的。这根本不经济。"

尽管如此，如果发射是所有太空业务的痛点，第二个挑战是生产成本。

"我们现在总是理所当然地认为，星舰的成本将是每公斤几百美元，"麦卡利普告诉TechCrunch。"人们没有考虑到卫星现在几乎是每公斤1000美元。"

卫星制造成本是价格标签的最大部分，但如果高功率卫星能够以约为当前星链卫星一半的成本制造，数字开始变得合理。SpaceX在建设星链这一创纪录的通信网络时在卫星经济学方面取得了巨大进展，公司希望通过规模实现更多成就。一百万颗卫星背后的部分推理无疑是来自大规模生产的成本节约。

尽管如此，用于这些任务的卫星必须足够大，以满足运行强大GPU的复杂要求，包括大型太阳能阵列、热管理系统和基于激光的通信链路来接收和传输数据。

2025年日光捕手项目的白皮书提供了一种通过电力成本比较地面和太空数据中心的方法，这是运行芯片所需的基本输入。在地面上，数据中心每年每千瓦电力花费约570到3000美元，具体取决于当地电力成本和系统效率。SpaceX的星链卫星从机载太阳能电池板获得电力，但获取、发射和维护这些航天器的成本使能源成本达到每年每千瓦14700美元。简而言之，卫星及其组件必须变得更便宜，才能与计量电力具有成本竞争力。

太空环境并不简单

轨道数据中心支持者经常说太空中的热管理是"免费的"，但这是一种过度简化。没有大气层，实际上更难散发热量。

"你依赖非常大的散热器才能将热量散发到太空的黑暗中，所以这是大量的表面积和质量需要管理，"Planet Labs的高管迈克·萨菲安说，该公司正在为谷歌日光捕手项目建造原型卫星，预计将于2027年发射。"这被认为是关键挑战之一，特别是长期来看。"

除了太空真空外，AI卫星还需要应对宇宙辐射。宇宙射线随着时间的推移会降解芯片，还可能导致可能损坏数据的"位翻转"错误。芯片可以通过屏蔽保护、使用抗辐射加固组件或与冗余错误检查串联工作，但所有这些选项都涉及质量方面的昂贵权衡。尽管如此，谷歌使用粒子束测试了辐射对其张量处理单元（专门为机器学习应用设计的芯片）的影响。SpaceX高管在社交媒体上表示，公司已经为此目的获得了粒子加速器。

另一个挑战来自太阳能电池板本身。项目的逻辑是能源套利：在太空中放置太阳能电池板使它们的效率比在地球上高5到8倍，如果它们在正确的轨道上，可以在一天中90%或更多的时间看到太阳，提高效率。电力是芯片的主要燃料，所以更多能源等于更便宜的数据中心。但即使太阳能电池板在太空中也更复杂。

由稀土元素制成的太空级太阳能电池板坚固，但太昂贵。由硅制成的太阳能电池板便宜且在太空中越来越普遍——星链和亚马逊柯伊伯都使用它们——但由于太空辐射，它们降解得更快。这将限制AI卫星的寿命约为五年，这意味着它们必须更快地产生投资回报。

尽管如此，一些分析师认为这不是什么大问题，基于新一代芯片出现的速度。"五六年后，每千瓦时的美元不会产生回报，这是因为它们不是最先进的，"Starcloud首席执行官菲利普·约翰斯顿告诉TechCrunch。

Solestial的高管丹尼·菲尔德是一家建造太空级硅太阳能电池板的初创公司，他说该行业将轨道数据中心视为增长的关键驱动力。他正在与几家公司讨论潜在的数据中心项目，并说"任何足够大到有梦想的参与者至少都在考虑它"。然而，作为一名长期的航天器设计工程师，他不会忽视这些模型中的挑战。

"你总是可以将物理学外推到更大的规模，"菲尔德说。"我很兴奋看到这些公司中的一些如何达到经济学合理和商业案例成立的地步。"

太空数据中心如何融入

关于这些数据中心的一个突出问题是：我们将用它们做什么？它们是通用的，还是用于推理，还是用于训练？基于现有用例，它们可能无法完全与地面数据中心互换。

训练新模型的关键挑战是大规模协同操作数千个GPU。大多数模型训练不是分布式的，而是在单个数据中心完成的。超大规模厂商正在努力改变这一点以增加其模型的能力，但仍未实现。同样，太空中的训练将需要多个卫星上GPU之间的一致性。

谷歌日光捕手项目的团队指出，该公司的地面数据中心以每秒数百千兆比特的吞吐量连接其TPU网络。今天最快的现成卫星间通信链路使用激光，只能达到约100 Gbps。

这导致了日光捕手项目的有趣架构：它涉及81颗卫星编队飞行，使它们足够接近以使用地面数据中心依赖的那种收发器。当然，这带来了自己的挑战：即使需要机动避免轨道碎片或另一个航天器，也需要自主性确保每个航天器保持在其正确位置。

尽管如此，谷歌研究提供了一个警告：推理工作可以容忍轨道辐射环境，但需要更多研究来了解位翻转和其他错误对训练工作负载的潜在影响。

推理任务没有同样需要数千个GPU协同工作的需求。这项工作可以用几十个GPU完成，也许在单个卫星上，这种架构代表了一种最小可行产品，也是轨道数据中心业务的可能起点。

"训练不是在太空中做的理想事情，"约翰斯顿说。"我认为几乎所有推理工作负载都将在太空中完成，"他想象从客户服务语音智能体到ChatGPT查询的一切都在轨道上计算。他说他的公司第一颗AI卫星已经在轨道上执行推理赚取收入。

虽然即使在公司的FCC文件中细节也很少，但SpaceX的轨道数据中心星座似乎预计每吨约100千瓦的计算能力，大约是当前星链卫星功率的两倍。航天器将相互连接运行并使用星链网络共享信息；文件声称星链的激光链路可以实现千万亿比特级别的吞吐量。

对于SpaceX来说，该公司最近对xAI的收购（正在建造自己的地面数据中心）将让公司在地面和轨道数据中心中都占据位置，看哪个供应链适应得更快。

这就是拥有可替代浮点运算每秒操作次数的好处——如果你能让它工作的话。"一个FLOP就是一个FLOP，它在哪里并不重要，"麦卡利普说。"[SpaceX]可以一直扩展，直到[它]在地面遇到许可或资本支出瓶颈，然后回退到[他们的]太空部署。"

Q&A

Q1：SpaceX的轨道数据中心计划是什么？成本如何？

A：SpaceX已向监管部门申请建造太阳能轨道数据中心，分布在多达一百万颗卫星上，可转移多达100 GW的计算能力到地球之外。根据分析，一个1 GW的轨道数据中心可能耗资424亿美元，几乎是地面数据中心的3倍，主要是由于建造和发射卫星的前期成本。

Q2：轨道AI数据中心面临哪些技术挑战？

A：主要挑战包括发射成本过高、卫星制造成本昂贵、太空环境的热管理困难、宇宙辐射对芯片的影响、太阳能电池板在太空中的快速降解等。此外，训练模型需要多个卫星上GPU的协同工作，目前的卫星间通信速度还无法满足要求。

Q3：什么时候轨道数据中心能够实现经济可行？

A：专家认为需要发射成本从目前的3600美元/公斤降至200美元/公斤（18倍改进），预计在2030年代才可能实现。这主要依赖于SpaceX星舰火箭的成功商业化运营，以及卫星制造成本的大幅降低和供应链的规模化发展。