環(huán)球時(shí)報(bào)

近期，美國(guó)一顆搭載有英偉達(dá)旗艦芯片H100的衛(wèi)星通過(guò)美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的“獵鷹9號(hào)”火箭成功進(jìn)入太空，這顆擁有80GB顯存、性能遠(yuǎn)超以往任何星載計(jì)算機(jī)的芯片，將在軌承擔(dān)地球觀測(cè)圖像分析與大語(yǔ)言模型Gemini的推理任務(wù)。外媒報(bào)道稱(chēng)，這也實(shí)現(xiàn)了首次數(shù)據(jù)中心級(jí)GPU在軌運(yùn)算實(shí)驗(yàn)，拉開(kāi)太空高算力人工智能（AI）時(shí)代的序幕。然而在此之前，已有多顆部署有AI大模型的中國(guó)衛(wèi)星被送入太空。近日，參與相關(guān)項(xiàng)目的中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所研究員韓銀和在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者專(zhuān)訪時(shí)表示，中國(guó)在太空AI領(lǐng)域正處于體系化快速推進(jìn)階段，并有多個(gè)團(tuán)隊(duì)已取得關(guān)鍵突破。

為何要打造“太空AI”

“具有大算力和人工智能能力的算力衛(wèi)星能夠消除星地?cái)?shù)據(jù)傳輸瓶頸，實(shí)現(xiàn)信息的‘天基快速理解與決策’，可應(yīng)用于災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警等需要極低延遲響應(yīng)的場(chǎng)景。”韓銀和在接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)介紹稱(chēng)，結(jié)合衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)太空數(shù)據(jù)中心和超算中心，優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在五個(gè)方面。一是超低時(shí)延，數(shù)據(jù)可以就地處理，實(shí)現(xiàn)即時(shí)決策；二是可實(shí)現(xiàn)超高帶寬效率，通過(guò)AI處理后，衛(wèi)星僅下傳關(guān)鍵結(jié)果信息，而非TB/PB級(jí)的原始數(shù)據(jù)，極大節(jié)省珍貴的星地鏈路資源；三是具有無(wú)界覆蓋與機(jī)動(dòng)性的優(yōu)勢(shì)，天基超算中心可部署在軌道各處，不受地域限制；四是天基超算中心還具有天然的高安全性，可實(shí)現(xiàn)物理隔離，提供了獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)安全環(huán)境；五是天基超算中心還能補(bǔ)強(qiáng)地面盲區(qū)，彌補(bǔ)地面數(shù)據(jù)中心覆蓋不足和服務(wù)延遲的短板，真正實(shí)現(xiàn)全球快速響應(yīng)。

然而讓“大算力”真正進(jìn)入太空，并不只是把一顆芯片送上太空那么簡(jiǎn)單。太空高輻射、極端溫差的環(huán)境，以及衛(wèi)星平臺(tái)能耗有限與散熱困難等“硬傷”，都對(duì)算力芯片的穩(wěn)定運(yùn)行提出了挑戰(zhàn)。從地面數(shù)據(jù)中心到星際計(jì)算節(jié)點(diǎn)，這不僅是硬件的飛躍，更是工程、算法與能源管理的系統(tǒng)性突破。

中國(guó)處于體系化快速推進(jìn)階段

中國(guó)多個(gè)科研機(jī)構(gòu)早早布局相關(guān)試驗(yàn)，并進(jìn)行了大模型在軌部署。據(jù)此前公開(kāi)報(bào)道，中國(guó)自主建設(shè)的智能遙感衛(wèi)星星座“東方慧眼”首顆實(shí)驗(yàn)星“珞珈三號(hào)01星”于2023年1月發(fā)射，首次實(shí)現(xiàn)8分鐘星地互聯(lián)的B2C應(yīng)用服務(wù)。2024年底實(shí)現(xiàn)了大模型上注，首次使得衛(wèi)星具備了大模型能力。而在今年5月，我國(guó)首個(gè)整軌互聯(lián)太空計(jì)算衛(wèi)星星座“三體計(jì)算星座”首次發(fā)射，正式進(jìn)入組網(wǎng)階段。北京市科委、中關(guān)村管委會(huì)等單位近日宣布，北京擬在700-800公里晨昏軌道建設(shè)運(yùn)營(yíng)超過(guò)千兆瓦（GW）功率的集中式大型數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)將大規(guī)模AI算力搬上太空。

“可以說(shuō)中國(guó)在太空AI領(lǐng)域目前正處于體系化快速推進(jìn)階段，多個(gè)頂尖團(tuán)隊(duì)已取得關(guān)鍵突破?！表n銀和介紹稱(chēng)，例如中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所，采用全體系國(guó)產(chǎn)化核心元器件和高可靠容錯(cuò)計(jì)算架構(gòu)，在2023年就率先實(shí)現(xiàn)了100TOPS級(jí)星載算力，為天基大模型運(yùn)行奠定了自主可控的硬件基礎(chǔ)。武漢大學(xué)的“東方慧眼”星座通過(guò)通導(dǎo)遙一體化與AI融合，集成北斗短報(bào)文與星間實(shí)時(shí)傳輸，將數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)間壓縮至分鐘級(jí)，實(shí)現(xiàn)了“快、清、準(zhǔn)、全、懂”的遙感服務(wù)目標(biāo)。其技術(shù)架構(gòu)不僅服務(wù)于國(guó)土監(jiān)測(cè)、應(yīng)急管理等國(guó)家需求，更開(kāi)創(chuàng)了大眾調(diào)用衛(wèi)星的商業(yè)新模式。而浙江之江實(shí)驗(yàn)室與國(guó)星宇航的“三體計(jì)算星座”則采用了氦星光聯(lián)研制的激光終端以保障星座級(jí)高效協(xié)同，支持星間100Gbps高速通信，算力達(dá)到744TOPS。

“一星多卡”計(jì)劃明年在軌驗(yàn)證

韓銀和進(jìn)一步介紹稱(chēng)，當(dāng)前我國(guó)在軌部署的大模型均采用輕量化技術(shù)路線(xiàn)，針對(duì)太空環(huán)境的算力約束進(jìn)行了深度輕量化。值得關(guān)注的是，即便是類(lèi)似于英偉達(dá)H100這樣的太空計(jì)算單元，實(shí)際運(yùn)行的也是Gemini輕量版模型。這充分表明，全球范圍內(nèi)太空AI部署仍以輕量化模型為主要技術(shù)路徑。目前我國(guó)已全面掌握輕量級(jí)大模型在軌部署能力，正穩(wěn)步邁向全參數(shù)大模型在軌運(yùn)行的研制階段。中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所團(tuán)隊(duì)是算力技術(shù)研究的國(guó)家隊(duì)，已提出了“一星多卡”的天基超算架構(gòu)，計(jì)劃在明年發(fā)射衛(wèi)星進(jìn)行在軌驗(yàn)證，為全參數(shù)大模型的在軌應(yīng)用提供算力基礎(chǔ)設(shè)施。這是關(guān)鍵一步，全參數(shù)大模型將賦予太空和地面一樣的智能處理能力。

“與美國(guó)Starcloud衛(wèi)星依托英偉達(dá)H100芯片生態(tài)不同的是，我們的路徑主要核心是攻克‘一星多卡’的自主天基超算和數(shù)據(jù)中心架構(gòu)。”韓銀和認(rèn)為，這是一個(gè)體系性的創(chuàng)新，并非簡(jiǎn)單堆疊，而是致力于采用國(guó)產(chǎn)高能效GPU組成陣列，實(shí)現(xiàn)單星算力的跨越式提升，“這是我們自主創(chuàng)新的突破”。

“這一方案更強(qiáng)調(diào)模塊化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)性集成和對(duì)散熱、功耗等極限挑戰(zhàn)的克服，目標(biāo)是為構(gòu)建未來(lái)的太空超級(jí)計(jì)算中心提供基礎(chǔ)。這種架構(gòu)帶來(lái)的挑戰(zhàn)更大，但長(zhǎng)期看具有實(shí)現(xiàn)更高算力密度和任務(wù)靈活性的潛力，代表著更面向未來(lái)的探索方向，是中國(guó)從技術(shù)追隨者轉(zhuǎn)向引領(lǐng)者的關(guān)鍵一步?！表n銀和表示。

在韓銀和看來(lái)，世界主要航天大國(guó)開(kāi)展的這場(chǎng)“太空AI”建設(shè)不只是簡(jiǎn)單的技術(shù)角逐，還事關(guān)下一代空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)制定權(quán)。誰(shuí)率先掌握了成熟的星上實(shí)時(shí)感知、認(rèn)知、決策核心能力，誰(shuí)就能夠在太空時(shí)代占據(jù)主動(dòng)權(quán)?！爸袊?guó)正通過(guò)系統(tǒng)性創(chuàng)新‘彎道超車(chē)’，因此各方都在加大投入?！表n銀和稱(chēng)。