算力大戰(zhàn)從地面延伸至太空，是風(fēng)口還是泡沫？

5月14日，我國(guó)國(guó)星宇航在全球首發(fā)12顆計(jì)算衛(wèi)星，目標(biāo)實(shí)現(xiàn)2800顆算力衛(wèi)星組網(wǎng)，并與地面超100個(gè)算力中心互聯(lián)互通。

10月3日，亞馬遜創(chuàng)始人貝佐斯提出未來10到20年將在軌構(gòu)建千兆瓦級(jí)的AI算力集群，并判斷將在成本上擊敗地球數(shù)據(jù)中心。

11月3日，美國(guó)初創(chuàng)企業(yè)Starcloud與SpaceX合作，將搭載英偉達(dá)H100 GPU和谷歌Gemini大模型的衛(wèi)星送入軌道，計(jì)劃開展AI計(jì)算負(fù)載、零重力熱管理、太陽(yáng)能供電集成等測(cè)試。

11月5日，谷歌CEO皮查伊宣布啟動(dòng)“捕日計(jì)劃”，計(jì)劃2027年與Planet Labs合作發(fā)射兩顆原型衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星攜帶4個(gè)TPU，驗(yàn)證太空軌道大規(guī)模計(jì)算能力。

11月9日，SpaceX創(chuàng)始人馬斯克稱，大規(guī)模部署太陽(yáng)能AI衛(wèi)星是實(shí)現(xiàn)每年1太瓦AI算力部署的唯一路徑，早前也表示星艦及星鏈V3衛(wèi)星為大規(guī)模部署太陽(yáng)能AI衛(wèi)星創(chuàng)造條件。

11月14日，華為施學(xué)良博士在6G發(fā)展大會(huì)提出“全球AI發(fā)展的電力需求為衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)中心帶來新價(jià)值”。

......

近半年來，全球太空算力產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)頻繁，頭部企業(yè)基于節(jié)能降耗、業(yè)務(wù)創(chuàng)新等共識(shí)，探索將數(shù)據(jù)中心部署至太空，目前處于技術(shù)驗(yàn)證培育初期，對(duì)于如何真正從“天數(shù)地算”轉(zhuǎn)向“天數(shù)天算”，有待產(chǎn)學(xué)研協(xié)同解決技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、商業(yè)模式、安全合規(guī)等問題。

太空算力是什么？

AI大模型所需算力每?jī)赡?5-16倍速度增長(zhǎng)，對(duì)能源消耗也呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，到2030年，全球數(shù)據(jù)中心耗電量將達(dá)到945太瓦時(shí)，略超日本當(dāng)前全國(guó)用電量。若不采取措施，2035年訓(xùn)練頂級(jí)大模型消耗能源可能接近全球電力總供應(yīng)量。

對(duì)此，太空算力概念應(yīng)運(yùn)而生，即把具備數(shù)據(jù)處理與計(jì)算能力的星載載荷部署于太空,實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)的在軌處理、存儲(chǔ)與傳輸。根據(jù)預(yù)測(cè)1，2029年在軌數(shù)據(jù)中心及平臺(tái)市場(chǎng)規(guī)模將分別達(dá)到17.7億美元、28億美元，較地面數(shù)據(jù)中心有如下優(yōu)勢(shì)：

實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。地球同步軌道能量利用率可達(dá)99%，高于地面（40%），能夠減少電能消耗；此外太空環(huán)境接近絕對(duì)零度（-270℃），真空環(huán)境有利于被動(dòng)散熱，減少水冷等方式水能源消耗。

降低運(yùn)營(yíng)成本。地面數(shù)據(jù)中心受限各國(guó)能源許可與環(huán)保政策，投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)周期長(zhǎng)。軌道數(shù)據(jù)中心可在6-12個(gè)月完成部署，隨衛(wèi)星發(fā)射成本走低，一個(gè)40兆瓦級(jí)軌道數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)10年總成本約820萬(wàn)美元2，僅為地面等規(guī)模數(shù)據(jù)中心1/20。

通過“天數(shù)天算”解決實(shí)時(shí)遙感、太空觀測(cè)等業(yè)務(wù)場(chǎng)景現(xiàn)實(shí)痛點(diǎn)。全球在軌衛(wèi)星超1.5萬(wàn)顆，單星日均數(shù)據(jù)量達(dá)TB級(jí)，太空算力規(guī)避傳統(tǒng)“天數(shù)地算”衛(wèi)星過頂數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間窗及帶寬瓶頸，滿足氣象觀測(cè)、災(zāi)害預(yù)警、國(guó)防軍事等突發(fā)性、實(shí)時(shí)性任務(wù)需求。

全球太空算力產(chǎn)業(yè)鏈開展差異布局，業(yè)務(wù)特色明顯

硬件廠商：聯(lián)合推進(jìn)星載硬件技術(shù)驗(yàn)證及研發(fā)落地。2022年，OrbitsEdge聯(lián)合HPE研發(fā)星載計(jì)算機(jī)SatFrame，通過液冷容器和輻射屏蔽加固等技術(shù)，可承受太空極端環(huán)境干擾;2025年，中科曙光與中科星圖簽約，聯(lián)合推進(jìn)太空算力芯片接口規(guī)范及算網(wǎng)整機(jī)研發(fā)。

商業(yè)航天運(yùn)營(yíng)商：攻克星間鏈路傳輸容量、傳輸距離等技術(shù)難題，推進(jìn)衛(wèi)星集群組網(wǎng)。星座級(jí)分布式計(jì)算依賴高帶寬、低延遲星間通信網(wǎng)絡(luò)。目前星鏈星間單鏈通信速率已達(dá)200Gbps，亞馬遜利用星載激光通信完成1000公里雙向100Gbps測(cè)試。

太空算力服務(wù)商：聚焦太空算力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與資源儲(chǔ)備。“星算”計(jì)劃未來具備50EOPS算力集群處理能力；美國(guó)Starcloud目標(biāo)建設(shè)吉瓦級(jí)數(shù)據(jù)中心，近期發(fā)射英偉達(dá)H100計(jì)算衛(wèi)星，搭載谷歌Gemini大模型，計(jì)劃未來對(duì)接亞馬遜Kuiper等通信星座。

地面運(yùn)營(yíng)商及云商：以投資入股、云平臺(tái)應(yīng)用等方式參與。日本SKY Perfect JSAT投資2.3億美元，與美國(guó)Planet合作建設(shè)鵜鶘低軌遙感星座，采用英偉達(dá)Jetson平臺(tái)進(jìn)行在軌計(jì)算，數(shù)據(jù)處理時(shí)間縮短80%；Orange是歐盟Ascend計(jì)劃的11家參與方之一，為商業(yè)航天、科研機(jī)構(gòu)、ICT行業(yè)用戶提供公私專混多云解決方案。

ICT服務(wù)商：聚焦垂直行業(yè)星上解決方案交付。印度KaleidEO與商業(yè)遙感公司Satellogic合作，將自研AI框架部署于星載平臺(tái)，影像處理時(shí)間減少99%；開普云與國(guó)星宇航合作，將百億參數(shù)開悟大模型部署在算力衛(wèi)星，支持災(zāi)害實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；美國(guó)軟件公司Palantir“元星座”情報(bào)系統(tǒng)接入438顆商業(yè)衛(wèi)星，在自研Edge AI邊緣平臺(tái)整合多家模型，為美CIA、FBI、NSA等安全部門提供實(shí)時(shí)在軌監(jiān)控服務(wù)。

太空算力發(fā)展研判

太空算力從單星向算力星座演進(jìn)，參與玩家持續(xù)增加。太空算力技術(shù)可行性、能源優(yōu)勢(shì)已經(jīng)顯現(xiàn)，英偉達(dá)、谷歌、微軟、SpaceX、亞馬遜等大廠動(dòng)作頻頻，驅(qū)動(dòng)全球相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈跟隨，加速算力星座組網(wǎng)。

太空算力缺少成熟商業(yè)模式，有待應(yīng)用場(chǎng)景培育。國(guó)星宇航9月首次聯(lián)合佳都科技完成在軌交通路網(wǎng)分析試商用；Starcloud仍處于在軌驗(yàn)證階段；歐洲Ascend計(jì)劃建設(shè)周期超25年，不確定風(fēng)險(xiǎn)多。

中短期內(nèi)“天數(shù)地算”仍為主流。太空算力與地面算力規(guī)模仍差距較大，中短期主要應(yīng)用在軍事、應(yīng)急等實(shí)時(shí)遙感監(jiān)控場(chǎng)景。我國(guó)可搶抓產(chǎn)業(yè)爆發(fā)前窗口期，開展標(biāo)準(zhǔn)、安全、硬件等技術(shù)驗(yàn)證，儲(chǔ)備技術(shù)能力。

長(zhǎng)期看，太空算力將成為AI能源主要解決方案。算力衛(wèi)星所需太陽(yáng)能電池板、儲(chǔ)能電池等技術(shù)亟待突破。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池憑借高效率、輕量化、低成本優(yōu)勢(shì)，有望推動(dòng)太空算力成本降低，目前我國(guó)上海港灣完成應(yīng)用驗(yàn)證，在軌穩(wěn)定運(yùn)行超三個(gè)月。