太空算力浪潮：從“地算”到“天算”，算力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入新紀(jì)元
近期，數(shù)據(jù)中心和計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施正被帶入太空，以實(shí)現(xiàn)更高效的數(shù)據(jù)處理和近源決策，這一趨勢(shì)被業(yè)內(nèi)稱為“算力上天”。與傳統(tǒng)的“天數(shù)地算”模式相比，通過(guò)在太空（如衛(wèi)星、空間站等節(jié)點(diǎn)）部署計(jì)算設(shè)備，能夠直接在數(shù)據(jù)產(chǎn)生附近進(jìn)行實(shí)時(shí)分析與決策，為探測(cè)任務(wù)和天基應(yīng)用帶來(lái)革命性提升。
2024年5月14日中午，長(zhǎng)征二號(hào)丁火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功將國(guó)星宇航研發(fā)的“太空計(jì)算星座021”任務(wù)的12顆衛(wèi)星送入軌道。這一項(xiàng)目的完成，不僅標(biāo)志著全球范圍內(nèi)首個(gè)太空算力星座的建成，也推動(dòng)了“天算”時(shí)代的到來(lái)。與此同時(shí)，全球可見(jiàn)，算力布局正快速上天。美國(guó)初創(chuàng)公司Starcloud計(jì)劃在今年8月發(fā)射一顆衛(wèi)星，攜帶英偉達(dá)H100芯片，這將是首顆應(yīng)用該高性能AI芯片的衛(wèi)星，備受關(guān)注。
算力爭(zhēng)奪重構(gòu)數(shù)據(jù)格局
目前，全球已建成數(shù)據(jù)中心約11800個(gè)，其中美國(guó)占比最高，約占45.6%；中國(guó)、歐洲接踵其后。大規(guī)模云數(shù)據(jù)中心主要由亞馬遜、微軟和谷歌主導(dǎo)，占據(jù)市場(chǎng)六成份額。能源需求隨算力增長(zhǎng)飛速提升。美國(guó)能源部數(shù)據(jù)顯示，受AI算力激增和云服務(wù)擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)，美國(guó)數(shù)據(jù)中心耗電量自2014年的58太瓦時(shí)上升至2023年的176太瓦時(shí)，預(yù)計(jì)2028年最高可達(dá)580太瓦時(shí)，或占國(guó)內(nèi)發(fā)電量12%。
伴隨航天、遙感、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人機(jī)群控等前沿應(yīng)用的普及，對(duì)太空中近源算力的需求極速增長(zhǎng)。既有的低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)如Starlink、Kuiper等，雖然數(shù)千星聯(lián)網(wǎng)，但多定位于路由或簡(jiǎn)單預(yù)處理，復(fù)雜AI與大模型任務(wù)還是依賴數(shù)據(jù)回傳地面，受限于帶寬和延遲。而太空原位算力可令車聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人機(jī)等邊緣節(jié)點(diǎn)的延時(shí)降至毫秒以下，加速構(gòu)建天基邊緣智能網(wǎng)絡(luò)。
以方案先進(jìn)著稱的Starcloud，推出了“數(shù)據(jù)離心”架構(gòu)，能在納秒級(jí)完成異常檢測(cè)和任務(wù)遷移，理論上將AI推理可靠性提升近五成。其算力衛(wèi)星還可通過(guò)激光通信接入SpaceX星鏈、亞馬遜Kuiper，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的太空計(jì)算網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。未來(lái)衛(wèi)星可預(yù)加載AI大模型，如OpenAI GPT及Google Gemini的裁剪版，作為太空“緩存”，極大減少空間站、月球基地等場(chǎng)景對(duì)地面請(qǐng)求的延遲。首顆“Cloud-0”星號(hào)稱只有1千瓦功耗，卻能提供國(guó)際空間站百倍的算力。
能源重塑與太空生態(tài)的創(chuàng)新突破
把算力基礎(chǔ)設(shè)施搬到太空，還可從根本上緩解地面能源和土地壓力。數(shù)據(jù)中心已成為用電大戶，而高密、人口集中的區(qū)域在能源和資源分配上面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。相比地面，太空具備空間、能耗優(yōu)勢(shì)。業(yè)內(nèi)估算，若在軌道部署4平方公里的可展開(kāi)太陽(yáng)能陣列，可實(shí)現(xiàn)99.6%的全年持續(xù)發(fā)電，極大擺脫地面供電依賴。摩根士丹利數(shù)據(jù)認(rèn)為，兆瓦級(jí)太空數(shù)據(jù)中心的電力成本比地面核電低六成。對(duì)AI訓(xùn)練等高耗能應(yīng)用而言，意義重大。若未來(lái)太空數(shù)據(jù)中心大規(guī)模建成，有望成為全球碳中和與綠色科技轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵一環(huán)。
根據(jù)Starcloud發(fā)布的規(guī)劃，其目標(biāo)是在2030年前發(fā)射48顆算力衛(wèi)星，總功率達(dá)1.2千兆瓦，每顆衛(wèi)星都將配備高性能AI芯片，并具備相當(dāng)于地面200臺(tái)服務(wù)器的算力。
挑戰(zhàn)與展望：太空算力未來(lái)十年路線圖
展望未來(lái)，太空算力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，究其根本，將取決于重型火箭發(fā)射成本下探、抗輻射芯片的研發(fā)進(jìn)步以及全球太空治理規(guī)則的落地。如果這三項(xiàng)核心要素協(xié)同推進(jìn)，“太陽(yáng)永不落、數(shù)據(jù)永不眠”的理念或?qū)⒆優(yōu)楝F(xiàn)實(shí)，并根本性改變信息社會(huì)的架構(gòu)與人類與宇宙的信息互動(dòng)方式，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)和文明進(jìn)入全新階段。
