天基计算：太空里的“超级大脑”正在改写未来计算规则｜新民·科技前沿

当我们习惯了手机、电脑等地面设备的计算服务，一场关于计算的革命正悄然向太空延伸。天基计算，简单说就是把“数据中心”搬到太空，让卫星不仅能采集数据，还能实时处理、智能分析，再将有用信息高效传回地面。这一技术不仅是航天与计算的跨界融合，更承载着6G发展、国防安全、产业升级等多重使命，正从概念走向现实。在日前举行的上海浦江创新论坛“天基计算前沿技术与产业生态论坛”上，中国工程院孙凝晖院士发表的主旨演讲，带来了有关这场计算革命的新思考、新方向。

原理：太空如何“计算”？

天基计算的本质，是在太空环境中构建一套完整的“采集-处理-传输”计算体系，打破传统卫星“只采集、不计算”的局限。其核心逻辑可以拆解为三个关键环节：

首先是数据采集与预处理。太空卫星每天会产生海量数据，包括光学影像、信号监测等，这些原始数据体积庞大，若直接传回地面，会占用大量通信带宽，还会产生几秒甚至更久的延迟。天基计算的第一步，就是在卫星上搭载专用计算芯片，先对数据进行初步处理——比如用FPGA编程或嵌入式芯片提取关键目标特征，过滤无用信息，实现数据的“瘦身”。这就像在太空设置了一个“数据筛选站”，只让有价值的信息进入后续传输环节。

其次是智能计算与语义提取。随着人工智能技术的融入，天基计算已从简单的数据处理升级为智能分析。通过在卫星上部署AI芯片，即使是参数规模较小的AI模型，也能完成简单目标识别、语义解析等任务。比如对实时传输的视频流，卫星可以直接识别出特定目标，再将分析结果以压缩形式传回地面，既节省了通信能量，又大幅提升了响应速度。这种“计算在前、传输在后”的模式，正是天基计算区别于传统卫星通信的核心优势。

最后是天地协同的网络架构。天基计算不是简单孤立的“太空电脑”，而是需要与地面算力网络联动。卫星与卫星之间通过激光链路连接，形成太空算力集群，再通过6G技术与地面数据中心、算力枢纽互通，构成“天地一体”的计算网络。这种架构下，太空算力可以按需调度，既满足实时性需求高的场景，也能通过地面网络完成复杂的大模型训练任务，实现“太空算力+地面算力”的协同增效。

值得注意的是，天基计算的实现离不开特殊的技术适配。太空环境的真空、极端温差、辐射等问题，对计算器件的可靠性、散热能力、能源供给都提出了严苛要求。比如芯片不仅要具备强大的计算性能，还要能抵御太空辐射导致的错误；散热不能依赖空气对流，只能通过辐射方式将热量散发到宇宙背景中，这些都是天基计算必须攻克的技术难题。

态势：从单一功能到综合算力网络

天基计算的发展并非一蹴而就，而是经历了从简单到复杂、从专用到通用的演进过程，目前正处于技术突破与商业探索并行的关键阶段。

早期的天基计算，本质上是卫星上的简单数据处理功能。这一阶段的卫星主要搭载专用芯片，只能完成固定的处理任务，比如数据格式转换、简单筛选等，软件和应用无法升级，灵活性极差。就像早期的功能机，只能满足单一需求，无法适应多样化的场景。

随着芯片技术和人工智能的发展，天基计算进入了“智能处理”阶段。这一阶段的卫星开始搭载AI芯片，能够运行小型AI模型，完成目标识别、实时分析等任务。国内已有多个实践案例，比如东方慧眼、吉林1号等项目，通过优化计算架构等，在卫星上实现了一定规模的智能计算，性能相较于早期有了显著提升。

如今，天基计算正朝着“综合算力网络”的方向迈进。这一阶段的核心是构建由多颗卫星组成的算力星座，卫星之间通过高速激光链路连接，形成类似地面数据中心的集群架构。这种架构不仅能提供更大的算力规模，还支持软件升级和应用扩展，就像我们现在的智能手机一样，可以通过下载软件实现功能迭代。之江实验室发布的“三体星座”计算方案等，进一步提升了太空算力的性价比，让天基计算的实用价值逐渐显现。同时，商业资本的介入也加速了行业发展，不少投资机构纷纷布局这一领域，推动天基计算从科研项目走向产业化应用。

不过，当前天基计算的发展仍面临四大核心挑战。一是器件可靠性问题，商业芯片在太空辐射环境下的错误率较高，而专用抗辐射器件的算力又难以满足高性能计算需求，如何在可靠性与算力之间找到平衡，是行业亟待解决的难题；二是散热技术瓶颈，高性能芯片的热量密度极高，太空真空环境下的辐射散热能力有限，制约了算力的持续释放；三是能源供给限制，构建太空数据中心稳定运行需要大量能源，现有能量收集存储方式难以高效支撑大规模算力稳定运行能量需求；四是通信带宽差距，卫星之间的激光链路带宽与地面GPU的卡间连接带宽相差数百倍，严重影响了集群算力的性能释放。这些挑战也成为天基计算未来技术突破的关键方向。

未来：天基计算的中国机遇

天基计算兼具战略价值与商业潜力，发展空间十分广阔。在全球天基计算浪潮中，中国迎来独一无二的发展机遇。我国在航天工程、算力技术、卫星系统等领域积累深厚，航天能力与计算能力两大优势互补，为天基计算技术突破与产业落地提供坚实支撑。

发展天基计算，首先需要完成思维模式转型，从传统航天工程的功能导向、应用固定模式，转向互联网式的用户体验导向、灵活扩展模式，让通信效率、数据服务、智能体验成为核心价值。在生态构建上，摒弃封闭定制、孤立发展的路径，借鉴国内互联网产业开放协同、水平整合的成熟经验，整合科研机构、企业、市场、地方政府等多方资源，建立统一标准、开放接口、共享平台，形成包容共享、多方共赢、活力充沛的产业生态。

天基计算不仅是计算形态的空间延伸，更是空天科技与数字经济深度融合的重大变革。它突破地面算力的地域限制、覆盖短板与场景边界，补全全球一体化信息服务的关键环节，为通信、安防、民生、产业、科研等众多领域带来全新可能。面对这场太空算力革命，我们既要正视技术瓶颈，集中力量攻克可靠性、散热、能源、通信等核心难题；也要把握时代机遇，以开放思维构建产业生态，以系统布局推动技术落地。

立足现有技术储备、产业基础与市场需求，未来10至20年，我国完全有能力建成自主可控、安全高效、国际领先的天基算力平台，抢占空天信息领域战略制高点，形成具有全球竞争力的技术与产业体系，让太空算力服务国家发展、惠及社会民生、支撑全球数字社会建设，在浩瀚星空中书写属于中国的创新篇章。

原标题：《天基计算：太空里的“超级大脑”正在改写未来计算规则｜新民·科技前沿》

栏目编辑：马丹

本文作者：新民晚报 马亚宁

题图来源：新民晚报