中科天算布局全国产太空“机房”

“卫星卫星，你看到多少艘船？数一数。”在距离地面500多公里的太空中，中科天算部署在卫星上的智能计算机极光1000·慧眼，10秒钟就能回复地面的问题。在这背后，是天基智能机搭载的算力卡的硬核支撑。算力、算法与数据是人工智能三要素。当前，太空算力已成为全球竞逐的前沿科技赛道，是算力体系升级与航天技术深度融合的方向。天算团队从2023年开始将搭载算力卡的天基智能机陆续送入太空，验证算力在卫星上运用的可行性，为今后在太空部署算力“机房”探路。日前，记者探访中关村科学城企业中科天算，就为什么要在太空部署算力，需要克服哪些困难，未来有什么布局等问题，与企业相关负责人进行深入交流。

算力为什么要上天

记者了解到，早在2024年初，中科天算就发射了极光1000·慧眼，搭载了国产NPU（神经网络处理器），并在2024年底通过上传的方式部署运行了天基大模型。图像识别、云图判别、图像压缩任务均成功完成，地面的飞机、船只都被精准识别。

算力为什么要上天？一个重要原因是，“天下苦卫星数据久矣”。卫星相当于太空照相机或者探测器，拍摄的照片、采集的数据，一股脑儿传给地面接收站。由于带宽受限，以及卫星大部分时间不在地面接收站覆盖范围等原因，仅有不到10%的有效数据能传回，大部分数据浪费了。

中科天算战略发展部部长李泓辛表示，未来，太空中会有越来越多的数据。卫星遥感、雷达等产生多种数据；星间互联网等组成“天网”，大量数据在太空中自由流动、实时传输。在更靠近太空数据产生的地方进行计算，可以大幅降低传输带来的带宽压力，提高时效性。太空算力将成为重要基础设施。

据介绍，卫星把图像和数据传回地面后，地面处理往往要经历数据传输、分析处理、结果分发等步骤，过程可能需要数分钟到数小时。在轨处理可以做到“数据就地筛选、就地压缩、就地判断”，及时把价值高的数据传回地面。在应急救援、遥感监测等要求快速响应的场景，在轨处理数据优势更为明显。

算力上天，还有一个很紧迫的问题，就是地面算力压力大。微软CEO纳德拉近期在一档节目中承认，公司正面临一个前所未有的窘境，手上有成堆的GPU，却因为缺电、缺空间，只能闲置。

相比之下，太空足够大，没有土地、建筑、水费、电费等成本。太空太阳能充足、稳定，可为算力提供长期、可预期的能源，且比地面上的能源利用效率高很多。同时，太空低温环境便于散热，可以节省大量制冷开销。

李泓辛预测，未来地面互联网中的部分数据，可能也会在太空中完成传输和计算。中科天算希望把原本部署在地面机房的高性能计算和AI大模型能力，搬到卫星和太空平台上，让卫星不只负责“拍照、传回数据”，而是具备在轨实时分析和智能决策能力，降低回传带宽、提升响应速度。

　今天，“人算”不如“天算”，未来，可能“地算”也不如“天算”。

　算力上天难在哪

人工智能行业的超级计算上天，不是简单地把搭载算力的卫星送上天那么简单。李泓辛介绍，让算力系统在太空极端环境中长时间稳定地运行，最大的两个挑战是“容错”和“散热”。太空中的强辐射、大温差（太阳光直射面温度可达150℃，背阳面却低至-100℃以下）、微震动等，对硬件和软件的稳定性都是巨大考验。太空是真空环境，没有空气对流，传统散热方式在轨难以实现，网友们常说的“GPU干烧了”在太空并不是玩笑话。太空中的设备难以人工维修，一旦出现问题就可能直接导致整套算力不可恢复，或整颗卫星报废。

为把算力送上天，中科天算从硬件到软件逐步进行在轨验证。2023年，天算团队将搭载国产高性能AI芯片的极光1000星载智能机发射上天，目前已在轨稳定运行超过1000天。

2023年，天算团队研发了极光1000-3，完成了三机在轨协同验证实验，推动“太空超算协同计算”关键技术突破。

2024年初，天算团队发射了极光1000·慧眼。

2024年6月，中科天算成立，定位于天基智能计算与应用系统提供商，专注于突破“超算上天”“太空人工智能”核心技术，产品体系包括极光系列星载智能机以及配套的模块卡组、极光OS操作系统和极光算子库。

李泓辛介绍说，中科天算通过软硬件协同构建了系统级容错架构，电路板分区隔离、关键总线双备份、存储多硬盘启动，一系列“太空级保险措施”保障系统即使在部分故障的情况下也能自动恢复，使基于商用芯片构建的算力系统，在轨具备接近航天级的可靠性。设计了主、被动结合的散热方案，通过泵驱流体回路，即“液冷”形式，解决高热流密度器件的散热问题。这两项能力，既需要长期在轨数据积累，也需要跨学科的系统工程设计。中科天算在容错技术和散热技术上取得突破后，随着视觉语言模型轻量化部署，太空算力已从概念阶段走向可用阶段。

让AI自主管理卫星

目前，中科天算正在进行新一代太空超算产品——极光5000星载智能机的研发。极光5000具备多备份、高可靠性、高性能等关键特性，采用流体散热方式，支持超10张对标英伟达H100的国产全尺寸GPU并行计算与稳定运行，将于明年进行在轨验证。

中科天算在今年启动了“天算计划”，目标是实现万卡级超级计算与数据中心的在轨部署，形成突破地面能耗、供电、空间与网络延迟瓶颈的新型计算基础设施，计划于2030年逐步建成。

按照规划，“天算计划”将采用集中式高能效超算架构，建成由1平方公里太阳能电池阵列构成的能源舱，基于国产GPU的万卡级算力舱，由激光通信装置构成的通信舱，构建完整的天基超算系统。

“天上卫星数量众多，无法逐一进行人工管理，未来一定是依靠AI进行自主协同。”李泓辛举例说，由卫星自主决定拍摄地点、数据处理主体及传输分发方式，AI在这一过程中将发挥重要作用。天上各类数据需要适配农业、森林防火、应急救灾等不同场景，这些在轨数据的融合与加工可以通过AI实现，让卫星从“看得见”变成“看得懂”，再进一步变成“能主动提醒、能参与决策”。

海淀区“十五五”规划建议提出，聚焦空天地一体化卫星通信、天基算力基础设施、即时遥感星座、太空旅游等前沿领域抢滩卡位，搭建商业航天公共技术和创新服务平台，打造太空算力网络系统，高质量建设卫星小镇。李泓辛表示，中科天算作为中关村科学城企业，将把“天算计划”和海淀区的发展战略结合起来，共同做大做强全国产太空算力平台。“待卫星互联网（天数、天网）建成后，天算就成为一个刚需，可能几年之内相关行业就能用上这类服务。”

记者 倪恒虎