AI数据中心送上太空？听起来很酷的想法正在被物理定律狠狠打脸

马斯克说，五年内，太空数据中心将是训练AI最便宜的方式。

这句话在科技圈引发了一场持久的争论。支持者描绘出一幅诱人的图景：卫星在轨道上持续沐浴阳光，获取源源不断的太阳能；真空环境天然低温，省去地面数据中心高达40%的冷却能耗；激光星间链路传输速度比光纤快40%以上。更重要的是，这一切可以把地球从AI算力的巨大能源消耗中解放出来。

但OpenAI首席执行官山姆·奥特曼的反应只有一个词："荒谬。"

谁更接近真相？答案藏在物理定律里，而物理定律，向来不在乎任何人的商业计划。

可以克服的难题，和不能改变的规律

先说相对乐观的部分。

这张图展示了火箭发射后留下的抛物线状轨迹。目前，火箭发射是将大质量有效载荷送出地球大气层进入太空的唯一途径。然而，自太空时代开启以来，发射成本已下降近千倍，如今近地轨道发射成本已接近令人瞩目的每公斤1000美元的门槛。

发射成本确实在急剧下降。从早期先锋号火箭每公斤100万美元的天价，到航天飞机时代的每公斤5万美元，再到SpaceX可复用火箭将成本压至每公斤1000美元量级，这条曲线的斜率令人印象深刻。一个由百万颗卫星组成的轨道数据中心星座，在发射经济性上已经不再是天方夜谭。

在轨维修的困难同样是真实存在的挑战，但也并非完全无解。软件层面的故障可以通过远程指令处理，故障卫星可以通过快速补发替换，当发射成本足够低时，"用新星替换旧星"在经济上是可行的。

1993年12月，美国宇航局宇航员凯瑟琳·桑顿（上）和托马斯·阿克斯（下）正在为STS-61任务中哈勃太空望远镜安装校正光学系统轴向更换（COSTAR）组件做准备。图中可以看到桑顿被固定在遥控机械臂末端的脚部固定装置上。自航天飞机项目结束以来，利用现有技术在太空进行维修的卫星寥寥无几，甚至几乎不可能。

供电问题也有一定的解决路径。在合适的晨昏轨道上，卫星可以实现接近全天候的太阳能采集，轨道上的太阳辐射强度比地面高约40%。一个百万卫星星座理论上可以提供约60吉瓦的总功率，大约相当于全球太阳能总发电量的3%。这是巨大的工程挑战，但不违反任何物理定律。

然而接下来的两道关卡，性质完全不同。

宇宙射线和散热：物理定律划出的红线

宇宙射线是第一道真正的物理壁垒。

这张斯图加特大学高性能计算中心的照片展现了其惊人的计算能力，但同时也需要消耗大量的电力才能正常运行。近年来，人工智能数据中心的兴起也带来了巨大的电力需求，它们本身也需要消耗大量的电力，这使得人类对电力的需求更加迫切，每个服务器机架所需的电力是传统高性能计算应用的5到10倍。图片来源：Julian Herzog/Wikimedia Commons

这些来自宇宙深处的高能带电粒子，以接近光速的速度穿越太空，主要由质子和氦核构成。在地球表面，我们受到磁场和大气层的双重保护，宇宙射线在抵达地面前已被大幅削弱。但在轨道上，这道屏障几乎不存在。

当宇宙射线击中存储数据的电子元件时，它最常做的一件事，是让某个比特位从0翻转为1，或从1翻转为0。这听起来微不足道，但在一个大型语言模型的运算链中，一个比特的翻转可能意味着医疗诊断结果的反转，可能意味着金融计算出现数量级错误，可能意味着整段推理逻辑的崩溃。谷歌在其关于太空AI基础设施的研究中，将辐射容错列为首要技术挑战之一。没有任何物理屏蔽手段能彻底拦截这些相对论性粒子，唯一的应对方案是建立多重冗余系统，但这意味着成本成倍增加，而错误率依然无法降至零。

这片太阳能电池板阵列如今已成为明尼苏达州一座太阳能发电厂，毗邻一片废弃的农田。以目前的技术而言，面积超过约240平方米（约2500平方英尺）的太阳能电池板阵列可以为一台人工智能数据中心服务器机架供电，该机架需要约60千瓦的持续功率。每年，全球新增太阳能发电装机容量约为600吉瓦。图片来源：Courtney Celley/美国鱼类及野生动物管理局

散热是更致命的障碍，也是整个太空数据中心构想最难以绕过的物理死角。

TIGERISS（国际空间站跨铁银河元素记录仪）任务旨在测量超重银河宇宙射线的丰度，包括元素周期表上直至铅（第82号元素）的所有元素。国际空间站的太阳能电池板总发电量为120千瓦，是目前太空中最大、最强大的太阳能电池阵列。图片来源：NASA/俄罗斯航天局

地球上，数据中心依靠空气流通和液态水冷却，水冷的导热效率是空气冷却的数十倍，这正是为什么微软甚至将数据中心沉入海底实验的原因。但在太空真空环境中，没有空气，也没有液态水，热量只能通过辐射散发，而辐射散热的效率与这两种方式相比极为低下。

宇宙射线能谱由其中发现的各种原子核构成。在所有存在的宇宙射线中，99%是由原子核产生的。在这些原子核中，约90%是氢，9%是氦，其余约1%则由其他元素组成。铁是已知的高能重原子核中含量较低但非常重要的一个例子，它可能构成能量最高的宇宙射线：能量高达10^11 GeV。图片来源：M. Tanabashi 等人（粒子数据组），《物理评论 D》，2019 年

一个AI数据中心的单个服务器机架，持续功耗约为60千瓦，而国际空间站那套创纪录的巨型太阳能阵列，满功率输出也仅有约120千瓦，仅够驱动两个这样的机架。要辐射散发60千瓦的热量，需要一块约16米乘16米的散热板。当散热板面积不足时，电子元件温度上升，轻则性能降级，重则焊点熔化，最终短路失效。

正如《星际迷航》里那句台词所说的："你无法改变物理定律。"

在找到一种能在真空中高效带走大规模热量的全新物理机制之前，太空AI数据中心的愿景，更像是一个精彩的科幻场景，而不是一份可执行的工程计划。马斯克的五年期限，或许需要重新计算。

信息来源：https://bigthink.com/starts-with-a-bang/5-biggest-obstacles-ai-data-centers-space/