困于“1G時(shí)代”的商業(yè)航天，能靠算力“上天”迎來突破嗎？

C114訊 11月18日消息（苡臻）2025年11月2日，英偉達(dá)H100全尺寸GPU搭載Starcloud-1衛(wèi)星成功入軌的消息，徹底點(diǎn)燃了全球天基算力領(lǐng)域的熱度。這顆擁有80GB顯存的旗艦芯片，打破了此前Orin等邊緣計(jì)算GPU主導(dǎo)太空算力的格局，其全尺寸設(shè)計(jì)帶來的性能躍升，被業(yè)內(nèi)視為邁向“太空數(shù)據(jù)中心”的里程碑式突破。馬斯克接連在社交平臺發(fā)文熱議“太空算力”，更讓這一概念迅速破圈，成為商業(yè)航天與科技圈關(guān)注的焦點(diǎn)。

這場算力“上天”的全球競速，實(shí)則早已暗流涌動。今年5月，前谷歌CEO Eric Schmidt接任Relativity Space CEO布局太空算力；10月，亞馬遜創(chuàng)始人宣布未來10-20年將打造太空吉瓦級數(shù)據(jù)中心。而我國在這場競賽中早已搶先落子：之江實(shí)驗(yàn)室已成功發(fā)射全球首個太空計(jì)算衛(wèi)星星座“三體計(jì)算星座”；北京郵電大學(xué)王尚廣教授團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的天算星座也穩(wěn)步推進(jìn)。全球科技巨頭與科研力量紛紛入局，天基算力的發(fā)展正悄然進(jìn)入加速期。

為何非要“天算”？剛需驅(qū)動下的必然選擇

天基算力是什么？通俗來說，是將具備數(shù)據(jù)處理能力的計(jì)算設(shè)施部署于太空軌道，通過星載計(jì)算載荷實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的在軌處理、存儲與傳輸，讓衛(wèi)星從單純的“數(shù)據(jù)采集器”進(jìn)化為具備決策能力的“智能體”。其發(fā)展歷程正經(jīng)歷從“天數(shù)地算”到“天數(shù)天算”，再到未來“天地一體協(xié)同計(jì)算”的演進(jìn)。

過去，衛(wèi)星采集的數(shù)據(jù)需全程傳回地面處理，如今“算力上天”實(shí)現(xiàn)了“以算代傳”，而未來更將構(gòu)建天地聯(lián)動的分布式算力網(wǎng)絡(luò)，重新定義人類獲取和運(yùn)用太空信息的方式。

而算力為什么要“上天”？“人算不如天算”的背后，是地面算力體系難以突破的天然局限，更是太空應(yīng)用從功能化走向智能化的必然要求。“算力上天”絕非技術(shù)炫技，而是解決實(shí)際痛點(diǎn)、打開商業(yè)藍(lán)海的關(guān)鍵鑰匙。

時(shí)效性困境的破解是算力上天最迫切的剛需。例如，在遙感領(lǐng)域，傳統(tǒng)模式下，衛(wèi)星采集的海量數(shù)據(jù)需完整傳回地面，經(jīng)分析處理后再反饋給用戶，傳輸效率低下。據(jù)統(tǒng)計(jì)，太陽監(jiān)測等科學(xué)衛(wèi)星每天產(chǎn)生500GB的數(shù)據(jù)，但僅約20GB能回傳地面，導(dǎo)致有效利用率不足10%。而算力駐留太空后，可直接在軌完成數(shù)據(jù)處理并輸出結(jié)果，能有效緩解帶寬壓力、提升信息傳輸效率，縮短森林火災(zāi)、洪澇等緊急事件的響應(yīng)速度，為救援決策爭取關(guān)鍵時(shí)間。

同時(shí)，通信能力的躍升同樣依賴算力支撐。單顆通信衛(wèi)星的覆蓋范圍可達(dá)地面基站的上千倍，如同鳥巢演唱會需要應(yīng)急通信車保障網(wǎng)絡(luò)容量一樣，太空通信要應(yīng)對海量用戶并發(fā)接入，必須依靠算力完成精準(zhǔn)的資源調(diào)度與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。微信通信若要突破用戶規(guī)模限制，算力正是不可或缺的技術(shù)支撐。

更為關(guān)鍵的是商業(yè)航天的閉環(huán)難題。當(dāng)前太空服務(wù)多集中于國防、應(yīng)急等專業(yè)領(lǐng)域，難以形成大眾剛需市場。正如中國信科集團(tuán)副總經(jīng)理、總工程師、無線移動通信全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、IEEE Fellow陳山枝形象比喻“今天的衛(wèi)星通信還沒有走出1G時(shí)代大哥大的商業(yè)困境：終端貴、資費(fèi)高、用戶數(shù)量小，沒有達(dá)到規(guī)模經(jīng)濟(jì)的門檻。”

而算力的規(guī)模化部署，有望像iPhone引爆智能機(jī)時(shí)代那樣，催生太空專屬的爆款應(yīng)用。當(dāng)太空獨(dú)特信息通過算力融合產(chǎn)生新價(jià)值，就能形成全新商業(yè)服務(wù)形態(tài)，讓商業(yè)航天從“小眾賽道”走向“大眾市場”。此外，在臺風(fēng)、泥石流等自然災(zāi)害中，地面基礎(chǔ)設(shè)施易遭損毀，而天基算力憑借抗毀傷、超視距的獨(dú)特優(yōu)勢，可成為保障通信與監(jiān)測服務(wù)連續(xù)的“生命線”。

“算力上天”面臨什么？多重挑戰(zhàn)亟待解決

盡管天基算力前景廣闊，但把高性能計(jì)算設(shè)備送入太空，遠(yuǎn)非簡單的“硬件搬運(yùn)”。正如業(yè)界調(diào)侃“太空需要人工智能，但人工智能似乎不太喜歡太空”，極端的太空環(huán)境與算力設(shè)備的運(yùn)行需求之間，橫亙著多道難以逾越的鴻溝。

在此前的采訪中，中科天算創(chuàng)始人CEO劉垚圻就指出，太空與算力的雙向融合，面臨著空間輻射環(huán)境下的系統(tǒng)容錯問題、大算力芯片散熱問題、軟件與算法泛化推廣等多重挑戰(zhàn)。

太空輻射是芯片的“隱形殺手”。宇宙射線中的電子、離子等粒子撞擊半導(dǎo)體材料，會引發(fā)單粒子翻轉(zhuǎn)、栓鎖等問題，輕則導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯亂，重則造成器件燒毀。過去航天領(lǐng)域多采用特制的宇航級器件，但其研發(fā)驗(yàn)證周期長達(dá)近十年，與“摩爾定律”下地面芯片每18個月算力翻倍的節(jié)奏嚴(yán)重脫節(jié)，導(dǎo)致天上的算力水平比地面落后3-4代，算力差距達(dá)1000-10000倍。

劉垚圻指出，如今行業(yè)轉(zhuǎn)而嘗試商用現(xiàn)貨（COTS），這條路風(fēng)險(xiǎn)極高——COTS芯片未經(jīng)輻射防護(hù)，壽命短、故障率高，但在算力誘惑下，全球航天界已紛紛試水：NASA與HPE合作在空間站部署英偉達(dá)T4GPU，中國“極光1000”系列衛(wèi)星搭載寒武紀(jì)NPU。然而，為了保障COTS器件在天上穩(wěn)定運(yùn)行，還需要在多個層面構(gòu)建容錯體系。

極限散熱考驗(yàn)著工程設(shè)計(jì)的極限。算力與功耗始終相伴相生，英偉達(dá)A100芯片的熱流密度高達(dá)36.3W/cm2，而傳統(tǒng)航天器固體熱傳導(dǎo)的極限僅約20W/cm2。太空的真空環(huán)境讓風(fēng)扇、液冷等常規(guī)散熱方式完全失效，且衛(wèi)星向陽面溫度超100℃，背陰面低至-200℃，劇烈溫差進(jìn)一步加劇了芯片散熱壓力。目前混合主動-被動冷卻架構(gòu)成為重要途徑，對GPU等功耗大戶采用流體回路強(qiáng)制散熱，低功耗單元則通過熱管傳導(dǎo)散熱，即便流體系統(tǒng)失效，被動部分仍能維持基礎(chǔ)功能，但該方案的重量控制和微振動和可靠性問題仍需持續(xù)優(yōu)化。

此外，軟件與算法的適配性問題同樣不容忽視。天基算力要實(shí)現(xiàn)“感知-理解-決策”的閉環(huán)，不能僅依賴硬件升級。地面成熟的AI模型難以直接適配太空的低功耗、高干擾環(huán)境，需要開發(fā)輕量化、抗干擾的專用算法。同時(shí)，星間協(xié)同計(jì)算要求算法具備動態(tài)資源調(diào)度能力，應(yīng)對衛(wèi)星高速移動帶來的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化。

全球競逐下，中國天基算力的布局與突破

在這場太空算力的全球競賽中，中國不僅緊跟國際步伐，更在部分領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了先發(fā)布局，形成了科研機(jī)構(gòu)、高校與企業(yè)協(xié)同攻關(guān)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

2025年5月14日，之江實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合國星宇航發(fā)射全球首個太空計(jì)算衛(wèi)星星座，該星座既是之江實(shí)驗(yàn)室“三體計(jì)算星座”的首發(fā)部分，也是國星宇航“星算”計(jì)劃的核心成果。這個包含12顆計(jì)算衛(wèi)星的星座，單星最高算力達(dá)744TOPS，整體具備5POPS的太空計(jì)算能力，同時(shí)搭載80億參數(shù)的天基模型，真正實(shí)現(xiàn)了“算力上天、在軌組網(wǎng)、模型上天”。

該星座通過星載智能計(jì)算機(jī)、星間激光通信系統(tǒng)和天基分布式操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整軌互聯(lián)，可將衛(wèi)星算力從T級提升至P級，并在軌處理L0-L4級衛(wèi)星數(shù)據(jù)。其協(xié)同計(jì)算能力可對全球遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行分鐘級至秒級處理，應(yīng)用于應(yīng)急救災(zāi)、

北京郵電大學(xué)教授王尚廣懷揣著“讓衛(wèi)星成為帶翅膀的計(jì)算機(jī)”的前瞻性夢想，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國內(nèi)優(yōu)勢單位，共同建設(shè)全球首個空天計(jì)算在軌試驗(yàn)平臺——天算星座，在空天計(jì)算領(lǐng)域不斷探索突破。2021年10月31日，北京郵電大學(xué)深圳研究院與天儀研究院簽署合作協(xié)議，正式啟動“天算星座”建設(shè)，計(jì)劃開展智能化數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施探索。2023年1月15日，首顆主星"北郵一號"發(fā)射升空，搭載星載5G核心網(wǎng)系統(tǒng)等載荷。2025年5月，第二批衛(wèi)星"北郵二號""北郵三號"成功入軌，搭載太空服務(wù)器等新型載荷。

并且基于“三開”（代碼公開、數(shù)據(jù)開放、系統(tǒng)開源）理念和“三新”（新規(guī)律的發(fā)現(xiàn)者、新技術(shù)的提出者和新設(shè)備的研制者）定位，天算星座已取得一系列前沿性探索成果，能實(shí)現(xiàn)星地AI協(xié)同推理，將在軌目標(biāo)識別精度提升50%以上，衛(wèi)星回傳數(shù)據(jù)量減少90%以上。

企業(yè)的持續(xù)攻堅(jiān)讓天基算力逐步走向產(chǎn)業(yè)化。國星宇航自主研發(fā)的“零碳太空計(jì)算中心”在2025世界互聯(lián)網(wǎng)大會上獲評年度十大精品首發(fā)成果，其運(yùn)行完全依靠太陽能供電，并利用太空極冷環(huán)境實(shí)現(xiàn)輻射散熱，實(shí)現(xiàn)了零碳排運(yùn)行；中科天算致力于打造“天基計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，太空算力服務(wù)支點(diǎn)”，突破“超算上天”“AIforSpace”核心技術(shù)，建立智能計(jì)算軟硬件系統(tǒng)與應(yīng)用服務(wù)生態(tài)。科研機(jī)構(gòu)、高校與企業(yè)正推動天基算力從技術(shù)驗(yàn)證走向常態(tài)化商業(yè)運(yùn)營。

天基算力的競賽，本質(zhì)上是未來科技話語權(quán)的爭奪。當(dāng)天地一體的算力網(wǎng)絡(luò)從構(gòu)想逐步落地，人類正一步步將太空從信息采集地轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芴幚碇行摹＿@場競賽沒有終點(diǎn)，輻射防護(hù)的進(jìn)一步突破、散熱技術(shù)的革新、太空軟件生態(tài)的成熟，都還需要行業(yè)長期深耕。

但可以肯定的是，隨著算力與太空的深度融合，一個“天地一體協(xié)同計(jì)算”時(shí)代正在加速到來，而那些提前布局、攻克核心技術(shù)的參與者，終將在這片新藍(lán)海中占據(jù)核心位置。