中科天算布局全國產太空“機房”

“衛星衛星，你看到多少艘船？數一數。”在距離地面500多公里的太空中，中科天算部署在衛星上的智能計算機極光1000·慧眼，10秒鐘就能回復地面的問題。在這背后，是天基智能機搭載的算力卡的硬核支撐。算力、算法與數據是人工智能三要素。當前，太空算力已成為全球競逐的前沿科技賽道，是算力體系升級與航天技術深度融合的方向。天算團隊從2022年開始將搭載算力卡的天基智能機陸續送入太空，驗證算力在衛星上運用的可行性，為今后在太空部署算力“機房”探路。日前，記者探訪中關村科學城企業中科天算，就為什么要在太空部署算力，需要克服哪些困難，未來有什么布局等問題，與企業相關負責人進行深入交流。

算力為什么要上天

記者了解到，早在2024年初，中科天算就發射了極光1000·慧眼，搭載了國產NPU（神經網絡處理器），并在2024年底通過上傳的方式部署運行了天基大模型。圖像識別、云圖判別、圖像壓縮任務均成功完成，地面的飛機、船只都被精準識別。

算力為什么要上天？一個重要原因是，“天下苦衛星數據久矣”。衛星相當于太空照相機或者探測器，拍攝的照片、采集的數據，一股腦兒傳給地面接收站。由于帶寬受限，以及衛星大部分時間不在地面接收站覆蓋范圍等原因，僅有不到10%的有效數據能傳回，大部分數據浪費了。

中科天算戰略發展部部長李泓辛表示，未來，太空中會有越來越多的數據。衛星遙感、雷達等產生多種數據；星間互聯網等組成“天網”，大量數據在太空中自由流動、實時傳輸。在更靠近太空數據產生的地方進行計算，可以大幅降低傳輸帶來的帶寬壓力，提高時效性。太空算力將成為重要基礎設施。

據介紹，衛星把圖像和數據傳回地面后，地面處理往往要經歷數據傳輸、分析處理、結果分發等步驟，過程可能需要數分鐘到數小時。在軌處理可以做到“數據就地篩選、就地壓縮、就地判斷”，及時把價值高的數據傳回地面。在應急救援、遙感監測等要求快速響應的場景，在軌處理數據優勢更為明顯。

算力上天，還有一個很緊迫的問題，就是地面算力壓力大。微軟CEO納德拉近期在一檔節目中承認，公司正面臨一個前所未有的窘境，手上有成堆的GPU，卻因為缺電、缺空間，只能閑置。

相比之下，太空足夠大，沒有土地、建筑、水費、電費等成本。太空太陽能充足、穩定，可為算力提供長期、可預期的能源，且比地面上的能源利用效率高很多。同時，太空低溫環境便于散熱，可以節省大量制冷開銷。

李泓辛預測，未來地面互聯網中的部分數據，可能也會在太空中完成傳輸和計算。中科天算希望把原本部署在地面機房的高性能計算和AI大模型能力，搬到衛星和太空平臺上，讓衛星不只負責“拍照、傳回數據”，而是具備在軌實時分析和智能決策能力，降低回傳帶寬、提升響應速度。

　今天，“人算”不如“天算”，未來，可能“地算”也不如“天算”。

　算力上天難在哪

人工智能行業的超級計算上天，不是簡單地把搭載算力的衛星送上天那么簡單。李泓辛介紹，讓算力系統在太空極端環境中長時間穩定地運行，最大的兩個挑戰是“容錯”和“散熱”。太空中的強輻射、大溫差（太陽光直射面溫度可達150℃，背陽面卻低至-100℃以下）、微震動等，對硬件和軟件的穩定性都是巨大考驗。太空是真空環境，沒有空氣對流，傳統散熱方式在軌難以實現，網友們常說的“GPU干燒了”在太空并不是玩笑話。太空中的設備難以人工維修，一旦出現問題就可能直接導致整套算力不可恢復，或整顆衛星報廢。

為把算力送上天，中科天算從硬件到軟件逐步進行在軌驗證。2022年，天算團隊將搭載國產高性能AI芯片的極光1000星載智能機發射上天，目前已在軌穩定運行超過1000天。

2023年，天算團隊研發了極光1000-3，完成了三機在軌協同驗證實驗，推動“太空超算協同計算”關鍵技術突破。

2024年初，天算團隊發射了極光1000·慧眼。

2024年6月，中科天算成立，定位于天基智能計算與應用系統提供商，專注于突破“超算上天”“太空人工智能”核心技術，產品體系包括極光系列星載智能機以及配套的模塊卡組、極光OS操作系統和極光算子庫。

李泓辛介紹說，中科天算通過軟硬件協同構建了系統級容錯架構，電路板分區隔離、關鍵總線雙備份、存儲多硬盤啟動，一系列“太空級保險措施”保障系統即使在部分故障的情況下也能自動恢復，使基于商用芯片構建的算力系統，在軌具備接近航天級的可靠性。設計了主、被動結合的散熱方案，通過泵驅流體回路，即“液冷”形式，解決高熱流密度器件的散熱問題。這兩項能力，既需要長期在軌數據積累，也需要跨學科的系統工程設計。中科天算在容錯技術和散熱技術上取得突破后，隨著視覺語言模型輕量化部署，太空算力已從概念階段走向可用階段。

讓AI自主管理衛星

目前，中科天算正在進行新一代太空超算產品——極光5000星載智能機的研發。極光5000具備多備份、高可靠性、高性能等關鍵特性，采用流體散熱方式，支持超10張對標英偉達H100的國產全尺寸GPU并行計算與穩定運行，將于明年進行在軌驗證。

中科天算在今年啟動了“天算計劃”，目標是實現萬卡級超級計算與數據中心的在軌部署，形成突破地面能耗、供電、空間與網絡延遲瓶頸的新型計算基礎設施，計劃于2030年逐步建成。

按照規劃，“天算計劃”將采用集中式高能效超算架構，建成由1平方公里太陽能電池陣列構成的能源艙，基于國產GPU的萬卡級算力艙，由激光通信裝置構成的通信艙，構建完整的天基超算系統。

“天上衛星數量眾多，無法逐一進行人工管理，未來一定是依靠AI進行自主協同。”李泓辛舉例說，由衛星自主決定拍攝地點、數據處理主體及傳輸分發方式，AI在這一過程中將發揮重要作用。天上各類數據需要適配農業、森林防火、應急救災等不同場景，這些在軌數據的融合與加工可以通過AI實現，讓衛星從“看得見”變成“看得懂”，再進一步變成“能主動提醒、能參與決策”。

海淀區“十五五”規劃建議提出，聚焦空天地一體化衛星通信、天基算力基礎設施、即時遙感星座、太空旅游等前沿領域搶灘卡位，搭建商業航天公共技術和創新服務平臺，打造太空算力網絡系統，高質量建設衛星小鎮。李泓辛表示，中科天算作為中關村科學城企業，將把“天算計劃”和海淀區的發展戰略結合起來，共同做大做強全國產太空算力平臺。“待衛星互聯網（天數、天網）建成后，天算就成為一個剛需，可能幾年之內相關行業就能用上這類服務。”

記者 倪恒虎