太空AI算力竞赛：英伟达、谷歌与中国公司的太空部署

科技巨头英伟达与谷歌正展开一场激烈的太空竞赛，竞相将高性能AI芯片部署至轨道空间。

搭载英伟达H100芯片的卫星已于本月成功发射升空，谷歌方面也迅速跟进——

其CEO桑达尔·皮查伊宣布要将TPU芯片也送入太空，首批两颗原型卫星预计在2027年初启程。

未来，这两家公司都计划在太空中建立规模达吉瓦级的大型数据中心。

网友们纷纷评论，认为在太空部署算力的构想极具前瞻性和创新性。

然而，在这一新兴赛道上，领先者并非英伟达或谷歌，而是一家中国公司，该公司早已启动了太空算力的战略布局。

AI芯片迈向太空时代

英伟达芯片的太空之旅主要由其Inception计划孵化的初创企业Starcloud推动。

本月发射的Starcloud-1卫星集成了H100芯片，重量约60公斤，体积类似于小型冰箱。

选择英伟达芯片的原因在于，Starcloud需要实现与地面数据中心相当的性能，而英伟达GPU在AI训练、微调和推理任务中表现卓越。

Starcloud-1将接收来自合成孔径雷达（SAR）卫星群的数据，并在太空中进行实时处理，随后将结果传回地球。

同时，Starcloud也是Google for Startups Cloud AI Accelerator计划的参与方，计划在太空中利用H100运行谷歌的开源模型Gemma，以验证大型语言模型在太空环境中的可行性。

Starcloud预计最早明年开始提供商业服务，并计划未来将Blackwell架构芯片也送入轨道，其终极目标是建造一个功率达5吉瓦、跨度约4公里的轨道数据中心。

公司CEO Philip Johnston甚至预测，十年内所有新建的数据中心都将位于太空。

谷歌的起步稍晚，其计划将自家TPU芯片部署到太空，两颗原型卫星瞄准2027年初发射。

谷歌将这一项目命名为“太阳捕手计划”（Project Suncatcher）。

该计划中的计算星座将完全依赖太阳能供电，卫星间通过自由空间光通信进行连接。

首批原型卫星将测试TPU在太空环境中的运行性能，同时验证光通信链路，探索分布式机器学习任务在轨执行的潜力。

从长远看，谷歌的最终目标同样是在太空建设吉瓦级的数据中心。

太空部署的机遇与难点

关于在太空部署算力设施的优势，双方都提供了详细论证，谷歌还专门发布了相关论文。

首先是成本效益，Starcloud的数据显示，即使计入发射费用，太空能源成本也仅为地面方案的十分之一。

谷歌则给出了更精细的计算：假设近地轨道发射成本降至每公斤200美元，卫星的单位电力年均成本可降至810美元每千瓦年，这与美国数据中心570至3000美元的电力成本区间相当。

发射成本呈下降趋势，以SpaceX为例，历史数据表明其每年发射载重量翻倍，单价降低20%，若维持此趋势，预计2035年前每公斤发射成本可降至200美元以下。

当马斯克的星舰实现完全重复使用时，发射成本有望进一步降至每公斤60美元甚至15美元，呈现持续加速下降态势。

低成本的一个重要因素是电力获取更为便捷——

谷歌论文指出，太阳的能量输出超过人类总发电量的100万亿倍，在合适轨道上，太阳能电池板的效率可比地球高出8倍，且几乎能持续发电，从而降低对储能电池的依赖。

其次是散热问题，与地球数据中心依赖淡水冷却不同，Starcloud的太空数据中心可利用深空真空作为无限散热器。

英伟达与Starcloud合作开发了真空散热架构，通过卫星外壳的高导热材料将H100产生的热量传导至表面，并以红外辐射形式释放到太空。

此外是卫星数据的在轨处理——其他卫星产生的数据若传回地面处理将消耗大量通信资源，而天基算力卫星可在轨完成计算，仅回传结果，极大减轻通信压力。

Starcloud对SAR数据的处理正是这一路径的实践。

谷歌还进行了更多技术验证。

例如通信链路，使用现有DWDM模块（如400G PM-16QAM光模块），实验中已实现800Gbps单向（1.6Tbps双向）短距光通信，证明此类模块适用于小规模卫星集群。

还有大规模卫星控制，谷歌模型显示，仅需适度的轨道保持机动即可维持星座稳定运行。

以及TPU的辐射耐受性，谷歌表示，即使敏感的HBM组件也需在累积剂量达到2000rad(Si)后才出现异常，这几乎是五年任务预期剂量的三倍。

总体而言，天基机器学习计算在核心概念上并未受物理定律或经济壁垒限制，但仍面临热管理、高带宽地面通信及在轨系统可靠性等重大工程挑战。

国产算力卫星实现常态化运营

当Starcloud刚刚将H100送入太空，谷歌TPU还需等待一年多之际，中国首个太空算力星座已发射近半年。

今年5月，之江实验室“三体计算星座”的首批12颗卫星成功进入预定轨道。

这些计算卫星每颗都具备太空计算和互联能力，搭载了之江实验室研制的星载智能计算机等软硬件及天基模型，真正实现了“算力上天、在轨组网、模型上天”。

相比传统应用卫星，计算卫星将单星计算能力从T级提升至P级，首发星座在轨计算能力达5POPS，显著增强了高性能太空计算水平。

卫星间可形成类似互联网的互联互通，通过激光通信实现最高100Gbps的传输速度。

今年9月，该星座已进入常态化商业运行阶段。

如今，随着英伟达和谷歌的加入，这场太空AI竞赛正变得更加精彩。

参考链接：

[1]https://blogs.nvidia.com/blog/starcloud/?linkId=100000388085273

[2]https://research.google/blog/exploring-a-space-based-scalable-ai-infrastructure-system-design/