
随着人工智能算力需求逼近地球物理极限,太空算力因其“能源成本仅为地球的1/70”以及自然低温耗散的优势,成为算力创新的新战场。以谷歌、SpaceX、星云为代表的美国率先通过垂直整合实现工程实施。在国家战略指引下,我国正在推动“专用计算集群”和“智能遥感”双轨发展。
随着地面数据中心的电力需求接近其物理极限,科技巨头已经意识到,下一个万亿计算能力的金矿已经从拥挤的电网转移到安静的太空轨道。
这个想法曾经出现在科幻小说领域,最近由于 SpaceX 创始人 Mus 等重量级人物的激烈声明和部署而成为市场关注的焦点。k、亚马逊创始人贝索斯和 NVIDIA 首席执行官黄仁勋。
国泰海通证券行业研究中心仇天乐等分析师团队12月25日发布的详细研究报告显示,空间计算的力量不仅仅是服务器走向天空,而是从“天感地算”到“天感天算”的范式重构。面对地面浪涌和散热问题的严重限制,利用无限的太阳能和太空的自然冷却环境成为克服算力困境的关键解决方案。
最新的行业进步正在将这种热情付诸行动。华尔街新闻报道称,谷歌计划利用其 TPU 系统构建分布式卫星集群,初创公司 Starcloud 宣布已在由 NVIDIA GPU 驱动的卫星上成功训练了大规模宇宙语言模型。
这背后的逻辑趋势不仅体现了技术愿景,也体现了资本投资预期的重塑。利用太空资源的优势,比应对地面不断增加的电力成本和监管阻力要好。
物理瓶颈迫在眉睫。为什么有空间?
地面算力的扩展面临两大物理限制:功耗和散热。
据国际能源署(IEA)统计,2024年全球数据中心的总能耗将达到415万亿次,到2030年这一数字预计将翻一番。
随着大规模AI模型训练需求的增加,陆地电网建设面临“代沟”。可分布式绿色能源建设周期长,难以满足人工智能的快速需求。摩根士丹利的一份报告显示,未来几年美国数据中心的电力差距可能达到 20%。
同时,高维密度芯片的散热成本很高。 NVIDIA GB200等新一代芯片的热流密度不断增加,将传统风冷推向极限。尽管液体冷却技术已经取得了进步,但它面临着水消耗和系统复杂性方面的挑战。
相反,太空环境提供了完美的解决方案。太空中单独能量密度高达1360W/m²,无论白天还是夜晚,都能实现24小时不间断供电。更重要的是,太空背景温度低至3K(约-270℃),为被动辐射散热提供了无限“散热器”,实现不用水、不耗电的散热。
“独特丰富的太空太阳能可以支持在轨数据中心24小时连续发电,而太空中-270℃的低温环境是被动散热的理想环境,可以同时解决地球上的两大瓶颈:电力和散热。”
同样令资本市场恼火的是土地和空间之间巨大的成本差异。
Lumen Orbit 白皮书估计,地球上一个 40 MW 数据中心集群的成本和 10 年能源成本为 1.4 亿美元,而在太空中仅需 200 万美元(太阳能电池板的成本)。机载计算能力成本结构的根本性变化带来了压倒性的长期经济效益。从这个意义上讲,地球和太空的能源成本之比约为70:1。
在陆地上,冷却系统通常会消耗大量的水和浪费电力。在太空中,“被动辐射冷却技术是一种零能耗、零碳的被动冷却方法,利用全波段红外辐射将热量直接辐射到深空。”
寻求巨头主导的差异化
美国市场巨头公司在计算能力发展上优势明显ace 阳离子。报告指出,“由世界领导人领导的空间计算能力的初步探索和开发正在逐步形成大规模商业部署”。
星云正在率先探索“轨道算力即服务”。
作为先行者,星云显然专注于提供在轨人工智能计算服务。该公司星云一号测试卫星搭载NVIDIA H100 GPU,已完成大规模轻量级语言模型在轨训练和遥感图像预处理验证。目标是到 2030 年建成 5 GW 空间数据中心和 40 MW 设施。
谷歌正在从云计算系统扩展。
该公司的“太阳捕手”项目不仅仅是发射卫星;计划利用其专利TPU建立分布式卫星群,并专注于软件编程和卫星间网络。在报告的分析中,谷歌被认为旨在“定义未来的太空计算标准”并在轨道上复制其庞大的云计算和人工智能生态系统。
SpaceX 将扮演基础设施的角色。
基于星链星座,SpaceX 建造了世界上唯一能够将大量计算能力输送到轨道的基础设施。目前其算力主要用于星间链路管理、流量调度等内生业务;平台(星链V3)和低成本发射能力(猎鹰9号和星舰)正在为未来大规模算力部署奠定物理基础。
垂直一体化产业体系
美国正在建设一个由领先企业主导的、从世界级芯片到世界级服务的、与太空计算能力紧密结合的工业体系。
在芯片层面,美国已率先实现商业AI芯片(COTS)在轨稳定运行。 NVIDIA 的 Jetson 系列和 HPE 的星载计算机项目证明了合作商用 GPU 可以通过冗余和软件保护来实现更好的性能。一旦设计完成,即可适应空间辐射环境。这使得成熟的CUDA生态系统和地面AI模型能够直接迁移到轨道,形成难以复制的软硬件生态壁垒。
在基础设施层面,SpaceX通过控制高功率卫星平台、可重复使用的发射系统以及卫星星座网络,解决了算力“上天”和“联网”的问题。低成本、高频传输能力使得实现更高功耗和更重计算负载(例如服务器级设备)成为经济上可行的解决方案。
此外,美国政府通过风险分担机制(例如NASA采购合同)和商业需求多样化(合作)为工业发展提供持续的金融和市场支持。商业遥感、云服务)。
中国道路:立足国家战略系统发展
与美国以商业巨头为主导不同,我国航天算力发展呈现出明显的国家战略引领特征,形成了“专用计算群+智能遥感群”的双轨格局。
专用计算星座有它们的目标是创建一个纯粹的天基计算能力网络。 “三体骗局”以“普天星座”为代表的项目于2025年5月完成了首批12颗卫星的发射入轨,其单星计算能力高达744 TOPS,并通过100 Gbps激光链路实现全铁路互联。它搭载天基分布式操作系统,旨在解决星载高性能计算和星间高速互联问题。
智能遥感星座是大规模应用的主要路径。以“东方之眼”星座为示范,遥感卫星可配备智能处理单元,实现“在轨侦察和实时分析判断”。例如,在灾害监测中,卫星可以直接处理数据并提供结果,将响应时间从几小时缩短到几分钟。
在政策层面,从“十四五”规划到《促进商业航天安全高质量发展行动计划(2025-2027年)》,中国正在通过高层设计和与本土产业界的合作(如北京空间数据中心建设项目),推动空间计算能力的演进,从技术验证到系统部署。
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