新“太空計算”模式，一文看懂

重要信息

在人們的直覺中，太空計算似乎是一個新近出現(xiàn)的非常前沿的概念，但如果回到航天系統(tǒng)的真實運行邏輯，就會發(fā)現(xiàn)，計算能力始終存在于航天體系之中，只是長期被放置在地面。

早期航天任務(wù)規(guī)模有限、數(shù)據(jù)量可控、任務(wù)周期較長，地面集中處理不僅足夠，而且更安全、可控。正是在這樣的技術(shù)與任務(wù)背景下，形成了以地面為核心的傳統(tǒng)太空計算模式。

然而，隨著商業(yè)航天快速發(fā)展、衛(wèi)星星座密集部署、太空活動由工程型任務(wù)轉(zhuǎn)向持續(xù)性運行，預(yù)計服務(wù)場景將不斷擴展、數(shù)據(jù)體量將急劇增長、實時性要求將持續(xù)抬升，原有計算模式的局限將被系統(tǒng)性放大，太空計算轉(zhuǎn)型看起來勢在必行。

此外，數(shù)字經(jīng)濟狂飆突進(jìn)，IDC驚人預(yù)測到2025年全球年數(shù)據(jù)生成量將飆升到175ZB。龐大的數(shù)據(jù)洪流，正在對算力的吞吐量、時延和能效提出前所未有的嚴(yán)苛要求。海量數(shù)據(jù)的實時處理需求，正倒逼算力基礎(chǔ)設(shè)施突破地面局限。當(dāng)?shù)孛鏀?shù)據(jù)中心陷入能耗高、延遲大、分布不均的困境時，新型太空計算模式，正嶄露頭角。

1、傳統(tǒng)太空計算模式

早期的太空計算，完全是地面站主導(dǎo)的遙控。衛(wèi)星僅僅扮演著數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)站角色，幾乎所有的數(shù)據(jù)處理、任務(wù)決策都要依賴地面站完成。

這種模式的形成，源于早期航天任務(wù)的單一性。彼時的衛(wèi)星主要承擔(dān)氣象觀測、簡單通信轉(zhuǎn)發(fā)等基礎(chǔ)任務(wù)，有限的星上算力和簡單的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，足以支撐這些任務(wù)需求。

但從上個世紀(jì)90年代后期開始，傳統(tǒng)太空計算模式的短板逐漸暴露，甚至成為航天技術(shù)發(fā)展的絆腳石。

傳統(tǒng)太空計算模式的三個關(guān)鍵前提是：①數(shù)據(jù)規(guī)模可由通信鏈路承載；②下傳時間窗口充足、時延可接受；③地面處理中心具備處理全天候持續(xù)數(shù)據(jù)源的能力。

然而，隨著低軌衛(wèi)星數(shù)量激增與應(yīng)用場景變復(fù)雜，這些前提正在成為約束，一是每天來自成千上萬顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)體量遠(yuǎn)超傳輸能力；二是實時性需求（如災(zāi)害預(yù)警、導(dǎo)航修正、應(yīng)急通信）對時延容忍度極低；三是地面中心的處理負(fù)載與數(shù)據(jù)存儲壓力劇增，成本攀升，能效比下降。

對低地球軌道（LEO）通信衛(wèi)星星座來說，透明轉(zhuǎn)發(fā)模式能降低衛(wèi)星復(fù)雜度和成本，要實現(xiàn)全球覆蓋，必然低軌衛(wèi)星會經(jīng)過海洋、荒漠等無法建設(shè)地面站的區(qū)域，在這些區(qū)域，沒有地面站支持的衛(wèi)星就如同 斷線的風(fēng)箏，測控、網(wǎng)關(guān)等核心功能全部癱瘓。為了確保全球服務(wù)能力，衛(wèi)星必須搭載星間鏈路，具備星上自主處理能力，這直接催生了通信星座的太空計算需求。

此外，數(shù)據(jù)顯示，全球遙感數(shù)據(jù)的日處理量已比2020年增長近15倍。而對遙感衛(wèi)星而言，成像技術(shù)的飛速進(jìn)步讓衛(wèi)星采集的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長，這給衛(wèi)星下行數(shù)傳通道帶來了巨大壓力。為緩解這一問題，激光對地數(shù)傳、激光中繼回傳等技術(shù)應(yīng)運而生，但這些技術(shù)成熟度低、成本高昂，對小型衛(wèi)星并不友好。于是，在星上執(zhí)行簡單的數(shù)據(jù)篩選，刪除不需要下傳的無效數(shù)據(jù)，成為遙感衛(wèi)星的首個太空計算需求。

至此，傳統(tǒng)太空計算模式的遙控邏輯，已經(jīng)無法匹配航天技術(shù)的發(fā)展節(jié)奏。業(yè)界有對2025到2026年的市場數(shù)據(jù)顯示，全球在軌計算衛(wèi)星數(shù)量預(yù)計突破千顆規(guī)模，且邊緣計算與AI處理成為主流技術(shù)路線。

2、需求驅(qū)動，地面算力瓶頸倒逼太空新賽道

傳統(tǒng)太空計算模式的桎梏，在全球數(shù)據(jù)洪流、航天應(yīng)用升級的雙重沖擊下日益凸顯，而地面算力架構(gòu)的固有缺陷，更是讓太空計算的發(fā)展需求變得迫切。

傳統(tǒng)地面算力的第一個痛點是算力分布嚴(yán)重不均。當(dāng)前，全球大部分算力資源集中在少數(shù)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的核心城市，偏遠(yuǎn)地區(qū)和發(fā)展中國家難以享受到高質(zhì)量的算力服務(wù)。長距離的數(shù)據(jù)傳輸不僅會產(chǎn)生高額的帶寬成本，更會帶來無法忽視的網(wǎng)絡(luò)延遲。這對自動駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療、實時遙感監(jiān)測等低時延需求的應(yīng)用來說，幾乎是致命的缺陷。

第二個痛點是高能耗與高成本問題突出。大規(guī)模地面數(shù)據(jù)中心是名副其實的電老虎，其運行需要消耗巨量的電力資源，同時冷卻系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)成本也居高不下。隨著人工智能大模型的快速演進(jìn)，訓(xùn)練一次千億參數(shù)的大模型，需要消耗的算力足以讓一個中型數(shù)據(jù)中心滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)數(shù)月，地面算力的天花板日益清晰。

更關(guān)鍵的是，極端場景下的算力剛需，讓太空計算成為不可替代的選擇。當(dāng)?shù)卣稹⒑樗⑴_風(fēng)等重大自然災(zāi)害發(fā)生時，地面通信和電力系統(tǒng)往往會全面癱瘓，此時地面算力將完全失效。而部署在LEO的太空數(shù)據(jù)中心，能夠不受地面環(huán)境影響，快速建立應(yīng)急通信鏈路，對多源遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行在軌實時處理，為災(zāi)情動態(tài)評估、風(fēng)險預(yù)測和救援路徑優(yōu)化提供關(guān)鍵支撐。

此外，在空間態(tài)勢感知、低空交通管理、高精度氣象預(yù)報等領(lǐng)域，天基實時算力更是能發(fā)揮地面算力無法比擬的優(yōu)勢，為這些領(lǐng)域的發(fā)展提供全新的技術(shù)可能。

傳統(tǒng)太空計算模式的局限與地面算力的多重瓶頸，共同指向了一個全新的方向，即把算力搬到太空，構(gòu)建自主、高效的天基算力網(wǎng)絡(luò)。

3、新太空計算模式

當(dāng)?shù)孛嫠懔Φ奶旎ò迦找媲逦粓鱿蛱找懔Φ募夹g(shù)革命正悄然拉開序幕，而復(fù)用地面商用成熟技術(shù)，成為這場革命的核心突破口。

過去，星載計算設(shè)備依賴專用抗輻射集成電路，這類芯片研發(fā)周期長、成本高、算力低，嚴(yán)重制約了太空計算的發(fā)展。

而隨著微小衛(wèi)星平臺的成熟與規(guī)模化部署，降低航天器研制成本、提升系統(tǒng)效費比，成為商業(yè)航天與國家空間項目共同關(guān)注的核心議題。在此背景下，商用現(xiàn)成品或技術(shù)（COTS）開始被引入空間電子系統(tǒng)設(shè)計。

近年來，基于COTS的處理器、存儲器、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）等元器件，已在多個低軌衛(wèi)星任務(wù)中完成在軌驗證與應(yīng)用，顯著縮短了星載計算系統(tǒng)的研發(fā)周期，大幅降低了制造成本。

主流芯片企業(yè)的入局，更是推動著新太空計算模式的發(fā)展。英偉達(dá)、英特爾、AMD等芯片企業(yè)以及國內(nèi)相關(guān)企業(yè)通過篩選、加固、容錯設(shè)計等方式，讓原本用于地面的通用計算芯片具備了太空環(huán)境適應(yīng)性。

英偉達(dá)

其提供專為高可靠性、極端溫度環(huán)境和在軌人工智能處理而設(shè)計的航空航天級加固型工業(yè)模塊AGX Orin、AGX Xavier、TX2i和下一代平臺Jetson Thor。這些模塊被合作伙伴用于為衛(wèi)星、無人機和航天器創(chuàng)建專用、耐輻射系統(tǒng)。

比如Jetson AGX Thor（Blackwell架構(gòu)）產(chǎn)品于2025年發(fā)布，是未來太空計算的代表，提供高達(dá)2070 FP4 TFLOPS的算力（比Orin的AI計算能力高7.5倍）和128 GB LPDDR5X內(nèi)存，可在軌實現(xiàn)先進(jìn)的實時人工智能處理，無需將數(shù)據(jù)傳回地球。

又如Jetson AGX Orin Industrial模塊專為惡劣環(huán)境設(shè)計，可提供高達(dá)248 TOPS的AI性能，功耗可在15-75 W之間配置，適用于太空應(yīng)用。

雖然并非完全耐輻射（抗輻射加固），但Jetson TX2i等模塊與專用系統(tǒng)配合使用時已成功應(yīng)用于軌道，制造商也進(jìn)行了輻射特性測試。

此外，英偉達(dá)推出Space AI平臺，完成CUDA、TensorRT 軟件棧的航天化移植，搭建太空分布式AI計算集群，并與全球主流商業(yè)航天企業(yè)達(dá)成供貨合作，實現(xiàn)加固型AI芯片批量搭載，以全棧式算力方案支撐在軌智能處理，助力新一代太空計算架構(gòu)的規(guī)模化發(fā)展。

英特爾

其推出Xeon航天加固版、Atom高可靠系列處理器，完成輻射加固、寬溫適配與容錯重構(gòu)設(shè)計，通過航天級嚴(yán)苛篩選，廣泛應(yīng)用于低軌衛(wèi)星星上主控與數(shù)據(jù)處理單元；Stratix、Arria 系列FPGA完成宇航級輻射加固迭代，承擔(dān)遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理、星間通信調(diào)度任務(wù)，配套容錯軟件可實現(xiàn)在軌故障自愈。

同時，英特爾推出空間場景專用AI加速器定制方案，與NASA合作搭建太空邊緣計算體系，支撐高光譜遙感解譯、機器學(xué)習(xí)推理等任務(wù)，現(xiàn)已成為OneWeb等低軌星座的核心芯片供應(yīng)商，實現(xiàn)從實驗室驗證到星座級批量部署的跨越，持續(xù)完善新一代太空計算架構(gòu)，助力星上處理向在軌預(yù)處理與智能分析加速轉(zhuǎn)型。

AMD

此外，AMD與全球主流衛(wèi)星制造商、航天方案商聯(lián)合推出標(biāo)準(zhǔn)化星上AI計算平臺，基于Versal AI Core打造即插即用的在軌處理單元，成為商業(yè)衛(wèi)星星上智能處理的主流芯片方案之一。

2022年，AMD宣布其Versal AI Core系列自適應(yīng)SoC產(chǎn)品經(jīng)輻射評估后，可用于低地球軌道短期任務(wù)，能夠支持機器學(xué)習(xí)推理、遙感圖像實時識別等高階任務(wù)。

在2022年低軌短期任務(wù)驗證基礎(chǔ)上，AMD完成Versal AI Core/RFSoC系列的宇航級輻射加固定型，突破僅短期任務(wù)限制，獲得低軌衛(wèi)星長期在軌、商業(yè)航天批量部署認(rèn)證，抗總劑量輻射、單粒子效應(yīng)容錯能力滿足商業(yè)低軌星座、遙感衛(wèi)星全生命周期需求，不再局限于試驗性應(yīng)用。

2024年，AMD又與VORAGO合作，實現(xiàn)了太空級Kintex UltraScale FPGA的在軌重構(gòu)，大幅提升了星載計算設(shè)備的可靠性和靈活性。

國內(nèi)企業(yè)

國內(nèi)企業(yè)全面對標(biāo)國際廠商，圍繞星上在軌計算與空間智能處理展開全鏈條布局，已形成 CPU、FPGA、AI芯片、宇航級專用芯片的完整產(chǎn)品體系。中電科作為國家隊主力，構(gòu)建起覆蓋星上計算的全棧芯片能力，多款芯片實現(xiàn)規(guī)模化在軌應(yīng)用。飛騰、龍芯完成高性能通用CPU的航天輻照加固、容錯設(shè)計與在軌部署，應(yīng)用于低軌星座與遙感衛(wèi)星的星上主控及數(shù)據(jù)預(yù)處理。復(fù)旦微電、紫光國微實現(xiàn)國產(chǎn)宇航級FPGA迭代升級，通過在軌重構(gòu)技術(shù)適配空間環(huán)境，承接星上可編程算力任務(wù)。寒武紀(jì)推出加固版AI芯片，完成在軌AI推理與遙感圖像實時識別驗證，對標(biāo)英偉達(dá)航天級AI算力方案。

這些技術(shù)的突破，推動星上信息處理由傳統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)下傳、地面集中處理模式，向在軌預(yù)處理與智能分析模式轉(zhuǎn)變，持續(xù)促進(jìn)了新一代太空計算架構(gòu)的發(fā)展。

新太空計算模式的發(fā)展，衍生出兩條并行且互補的技術(shù)路徑。

一條路徑是提升單星自主處理能力，讓衛(wèi)星搭載高性能芯片，實現(xiàn)圖像壓縮、目標(biāo)識別、路由計算等功能，在提升任務(wù)效率的同時降低數(shù)據(jù)下傳成本。

另一條路徑則更具顛覆性，即構(gòu)建天基算力網(wǎng)絡(luò)，將地面超大型數(shù)據(jù)中心的功能搬上太空，打造能夠為多租戶提供服務(wù)的太空數(shù)據(jù)中心，為不具備在軌處理能力的衛(wèi)星提供算力即服務(wù)CaaS。

目前，這兩條路徑在國內(nèi)外都有較快速度的規(guī)劃和實踐，且后者越來越展現(xiàn)出超越前者的優(yōu)勢和必要性。

我國在這一領(lǐng)域的布局也正在加速推進(jìn)，2025年5月，之江實驗室主導(dǎo)構(gòu)建的一箭12星太空計算衛(wèi)星星座成功發(fā)射，全球首個投入運營，單星最高算力達(dá)744TOPS，12顆衛(wèi)星互聯(lián)后具備5POPS的計算能力和30TB存儲容量，可對L0-L4級衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行在軌處理。三體計算星座將在2026年攜手多家衛(wèi)星企業(yè)完成超50顆計算衛(wèi)星的布局，并計劃在2027年完成三體計算星座100顆衛(wèi)星的規(guī)模建設(shè)。

此外，北京正加速布局千兆瓦級太空數(shù)據(jù)中心，計劃分三階段實現(xiàn)天數(shù)天算、地數(shù)天算、天基主算的目標(biāo)，未來有望建成可容納百萬卡級別服務(wù)器集群的天基算力網(wǎng)絡(luò)，為全球用戶提供泛在、高效的算力服務(wù)。

當(dāng)?shù)貢r間1月30日，SpaceX向FCC申請發(fā)射部署100萬顆LEO衛(wèi)星以組建太空計算中心，F(xiàn)CC迅速在2月4日宣布受理相關(guān)申請，開始進(jìn)行監(jiān)管討論。綜合諸多分析師、頂級天體物理學(xué)家的觀點看，上述計劃，將面臨巨大的技術(shù)、運營和財務(wù)挑戰(zhàn)，可進(jìn)一步參閱我們前幾天的報道：

③《》。

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