為AI基建缺電抓狂的硅谷巨頭，開(kāi)始仰望星空了。此前停留在設(shè)想階段的“太空數(shù)據(jù)中心”概念，它們開(kāi)始付諸實(shí)踐。太空有近乎無(wú)限的太陽(yáng)能，那里是算電協(xié)同的天堂。

本周，英偉達(dá)投資的初創(chuàng)公司StarCloud將其Hopper架構(gòu)AI服務(wù)器送入了太空；兩天后，谷歌宣布“逐日計(jì)劃”（Project Suncatcher），旨在將TPU衛(wèi)星送入軌道。

它們的遠(yuǎn)期目標(biāo)都是GW級(jí)的太空數(shù)據(jù)中心。今年英偉達(dá)的H100先上天，搭配80GB內(nèi)存，在軌跑一跑谷歌開(kāi)源模型Gemma；明年就輪到Blackwell架構(gòu)芯片，算力容量7kW，至2027年提升至100kW；到2030年太空算力達(dá)到40MW，未來(lái)甚至擴(kuò)展至5GW。谷歌的原型衛(wèi)星將于2027年發(fā)射，首批兩顆，每顆衛(wèi)星四個(gè)TPU，最終建成GW級(jí)的衛(wèi)星星座。

在硅谷，有類似想法的不僅僅只是英偉達(dá)與谷歌。幾年前，微軟就曾醞釀與SpaceX合作Azure Space項(xiàng)目。去年底，OpenAI在圣誕直播中還調(diào)侃著如何設(shè)計(jì)太空數(shù)據(jù)中心。今年年中，谷歌前CEO埃里克·施密特收購(gòu)了航天初創(chuàng)公司Relativity Space，太空數(shù)據(jù)中心構(gòu)想浮出水面。此外，初創(chuàng)企業(yè)Axiom Space和Lonestar也躍躍欲試。

最不可忽視的大玩家，無(wú)疑是貝索斯和馬斯克二人。他們各自掌控著龐大的商業(yè)帝國(guó)，同時(shí)擁有發(fā)射能力與算力供需，最近頻頻發(fā)聲。

作為云計(jì)算巨頭亞馬遜的創(chuàng)始人，以及商業(yè)航天企業(yè)藍(lán)色起源（Blue Origin）的掌門(mén)人，上個(gè)月，貝索斯預(yù)測(cè)未來(lái)10到20年內(nèi)，太空中的GW級(jí)數(shù)據(jù)中心將成為現(xiàn)實(shí)。而馬斯克的SpaceX幾乎壟斷了全球的發(fā)射市場(chǎng)，旗下Starlink項(xiàng)目本身就需要大量算力支持，更別說(shuō)他還在積極布局xAI等人工智能企業(yè)。他一直把卡爾達(dá)肖夫文明等級(jí)掛在嘴邊，最近提出了五年內(nèi)建成100GW規(guī)模太空算力的可能性。

把數(shù)據(jù)中心送入軌道的好處很多，現(xiàn)在硅谷巨頭提的最多的兩個(gè)，就是它足夠靠近發(fā)電側(cè)，也足夠靠近數(shù)據(jù)側(cè)。

幾乎每一次工業(yè)革命都伴隨著能源革命。人們已經(jīng)開(kāi)始在地表將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電力，但是，讓AI數(shù)據(jù)中心在太空中直接、徹底地利用來(lái)自太陽(yáng)的能量，才是最極致的能源體系的重構(gòu)。在太空建設(shè)光伏電站，。谷歌論文《邁向未來(lái)基于太空的高度可擴(kuò)展人工智能基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)設(shè)計(jì)》稱，雖然公司長(zhǎng)期致力于推進(jìn)新型能源的開(kāi)發(fā)，但為AI提供電力的最佳方式，很可能是更直接地利用這一巨大的能量來(lái)源，也就是太陽(yáng)能。

以往，人們對(duì)太空光伏電站的設(shè)想，是把光伏電站送上太空，再把電力無(wú)線輸往地球；對(duì)數(shù)據(jù)中心低碳化的設(shè)想，則是盡可能采用來(lái)自光伏電站等的綠色電力。現(xiàn)在，谷歌與Starcloud選擇直接把兩個(gè)環(huán)節(jié)集成到一起，從一開(kāi)始就在太空設(shè)計(jì)“算電協(xié)同”的數(shù)據(jù)中心。

Starcloud的白皮書(shū)《為何要在太空訓(xùn)練人工智能》，開(kāi)篇?dú)v數(shù)太空發(fā)電的好處：電池板始終垂直于太陽(yáng)光線，而地表不同地區(qū)光照資源稟賦不同；可以7X24小時(shí)發(fā)電，這也是目前地表數(shù)據(jù)中心利用綠電最大的痛點(diǎn)之一；還能省下儲(chǔ)能成本；沒(méi)有大氣阻擋，峰值發(fā)電量也比地面高出約40%。把這些好處加起來(lái)，一算，相同規(guī)模的太空電站產(chǎn)生的電力，將是地面的5倍多。

AI越靠近數(shù)據(jù)，越能兌現(xiàn)商業(yè)價(jià)值。太空已經(jīng)是數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)年P(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，越來(lái)越需要在數(shù)據(jù)側(cè)完成計(jì)算。太空發(fā)射推動(dòng)了衛(wèi)星服務(wù)的演化，捕捉各類模態(tài)數(shù)據(jù)的衛(wèi)星越來(lái)越多，需要下行至地表數(shù)據(jù)中心處理的數(shù)據(jù)規(guī)模也越來(lái)越大；但是，近地軌道衛(wèi)星高速掠過(guò)，數(shù)據(jù)下行窗口往往以分鐘計(jì)，下行帶寬無(wú)法實(shí)時(shí)回傳完整數(shù)據(jù)。這本質(zhì)上是"算力等待帶寬"的經(jīng)典矛盾在太空的極致體現(xiàn)。以合成孔徑雷達(dá)（SAR）為例，原始數(shù)據(jù)可能高達(dá)數(shù)百GB，但在軌處理后，只需下傳一個(gè)1KB的關(guān)鍵信息包。

在谷歌看來(lái)，基于太空的“算電協(xié)同”的AI基礎(chǔ)設(shè)施，不存在不可逾越的物理或經(jīng)濟(jì)障礙。谷歌的TPU v6e承受住了太空輻射的測(cè)試，即使要讓最敏感的HBM組件出現(xiàn)問(wèn)題，累積輻射劑量也需要達(dá)到常規(guī)折舊期限（5年）的三倍。它們會(huì)被部署于“晨昏同步近地軌道”，全天接受光照。

為實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星間超高速、低延遲的數(shù)據(jù)傳輸，衛(wèi)星將緊密編隊(duì)飛行，并通過(guò)自由空間光學(xué)星間鏈路（FSO ISL）通信，雙向1.6Tbps；AI驅(qū)動(dòng)的控制模型能使衛(wèi)星編隊(duì)保持緊密的飛行間距，同時(shí)避免碰撞；最終，通過(guò)無(wú)線電或光鏈路與地面高速通信。

基于歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)，谷歌預(yù)測(cè)，到2035年，近地軌道（LEO）發(fā)射成本可能會(huì)低至200美元/kg（當(dāng)前約為3600美元/kg），屆時(shí)地面數(shù)據(jù)中心的能源支出與在軌系統(tǒng)的年化成本將處于同一數(shù)量級(jí)（地面570–3000 美元/kW/年，太空810–7500美元/kW/年）。StarCloud的評(píng)估更為樂(lè)觀，發(fā)射成本在500美元/kg即可達(dá)到盈虧平衡點(diǎn)。

谷歌承認(rèn)，即使如此，熱管理仍是重大的工程挑戰(zhàn)之一。它限制了發(fā)電與計(jì)算的上限。在地表的數(shù)據(jù)中心，散熱已是棘手難題；而在零下270攝氏度的太空，因真空杜絕了對(duì)流與傳導(dǎo)，散熱反而更加艱困，熱量只能以輻射形式散逸，效率受制于散熱表面積。

StarCloud的熱管理系統(tǒng)采用多重方案集成。計(jì)算模塊的熱負(fù)荷，通過(guò)直接芯片液冷或兩相浸沒(méi)式冷卻捕獲，再經(jīng)多級(jí)回路輸送至散熱器。散熱器則為巨型輕質(zhì)可展開(kāi)結(jié)構(gòu)，面積以平方公里計(jì)。

OpenAI曾在去年底用o1計(jì)算過(guò)，算力規(guī)模1GW的太空數(shù)據(jù)中心，需要配置240萬(wàn)平方米的散熱器，相當(dāng)于邊長(zhǎng)為1550米的正方形，遠(yuǎn)超國(guó)際空間站主太陽(yáng)能陣列100米的跨度。當(dāng)時(shí)負(fù)責(zé)監(jiān)督o1演示這一計(jì)算過(guò)程的是Hyung Won Chung，他擁有MIT熱力學(xué)博士學(xué)位，認(rèn)可了這一結(jié)果。

這意味著額外的發(fā)射成本。更關(guān)鍵的是，要將如此巨大的結(jié)構(gòu)折疊入箭體、再于太空中無(wú)損展開(kāi)，涉及到極低容錯(cuò)率的工程挑戰(zhàn)。為此，Starcloud正攜手Rendezvous Robotics探索模塊化自主在軌裝配技術(shù)。

AI越來(lái)越熱，散熱早已不再是簡(jiǎn)單的核心IT設(shè)備的外圍“掛件”。它正從設(shè)計(jì)的初始環(huán)節(jié)，就嵌入到芯片內(nèi)部與系統(tǒng)控制層面，從材料、封裝到軟硬件協(xié)同，以減少熱量產(chǎn)生，或加快熱量釋放。初創(chuàng)企業(yè)Maxwell Lab甚至還提議規(guī)?；约旱墓庾永鋮s技術(shù)，把薄膜材料（通常摻雜重稀土離子）的熱能（晶格振動(dòng)）轉(zhuǎn)化成高能光子發(fā)射出去，實(shí)現(xiàn)熱量的轉(zhuǎn)移，理論上完全適用于太空環(huán)境。

在AI泡沫爭(zhēng)議四起之時(shí)，硅谷巨頭大放衛(wèi)星的計(jì)劃，并非沒(méi)有招致質(zhì)疑。但泡沫的破滅，亦可沉淀技術(shù)遺產(chǎn)。谷歌就預(yù)判，對(duì)GW級(jí)太空數(shù)據(jù)中心的追逐，也將AI基礎(chǔ)設(shè)施帶往一個(gè)緊密集成了計(jì)算、散熱和電源的全新架構(gòu)設(shè)計(jì)。

參考:

https://lumenorbit.github.io/wp.pdf

https://goo.gle/project-suncatcher-paper