TPU 的太空版圖

11 月 3 日，太空數(shù)據(jù)中心初創(chuàng)公司 Starcloud 的衛(wèi)星 Starcloud-1 成功入軌，搭載了 NVIDIA 的 H100 GPU 并已進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。

在 NVIDIA 邁出第一步之后，谷歌正式發(fā)起 Project Suncatcher。該研究計(jì)劃其核心為：在近地軌道部署一系列太陽(yáng)能衛(wèi)星（衛(wèi)星星座），搭載其自研的 TPU（張量處理單元），并通過(guò)自由空間光通信（星際激光鏈路）構(gòu)建分布式機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

官方披露，在適當(dāng)軌道上，太陽(yáng)能電池板效率可達(dá)地面 8 倍，并且可幾乎持續(xù)發(fā)電。

為驗(yàn)證系統(tǒng)可行，谷歌計(jì)劃與 Planet Labs 合作，于 2027 年初發(fā)射兩顆原型衛(wèi)星。

谷歌也在論文《Towards a future space-based, highly scalable AI infrastructure system design》中分享了一些早期研究成果，包括衛(wèi)星間的高帶寬通信、軌道動(dòng)力學(xué)以及輻射對(duì)計(jì)算的影響。

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若將 AI 視為新一代基礎(chǔ)設(shè)施，其算力與能源需求勢(shì)必持續(xù)增長(zhǎng)。太陽(yáng)是最強(qiáng)大且可持續(xù)的能量源，因此未來(lái)的 AI 系統(tǒng)或?qū)⒅苯釉谔�空中運(yùn)行。研究團(tuán)隊(duì)提出一套基于太陽(yáng)能衛(wèi)星群的機(jī)器學(xué)習(xí)架構(gòu)：衛(wèi)星搭載谷歌 TPU，通過(guò)自由空間光通信互聯(lián)，在軌形成高帶寬、低延遲的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。模擬顯示，一個(gè)半徑約 1 公里的 81 星編隊(duì)可穩(wěn)定運(yùn)行，并通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)模型精確控制軌道。Trillium TPU 經(jīng)輻射測(cè)試可在 5 年任務(wù)周期內(nèi)保持穩(wěn)定，無(wú)永久性損傷。研究還指出，若發(fā)射成本降至 每千克約 200 美元，太空算力中心的建設(shè)將具備現(xiàn)實(shí)可行性。

在谷歌討論能否在太空構(gòu)建 AI 基礎(chǔ)設(shè)施的同時(shí)，還面臨三個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)：

1. 星間通信帶寬：要與地面數(shù)據(jù)中心匹敵，星間激光鏈路需支持?jǐn)?shù) Tbps 級(jí)別帶寬。為此，衛(wèi)星必須非常密集地編隊(duì)飛行（公里級(jí)甚至更近）才能實(shí)現(xiàn)鏈接預(yù)算。

2. 熱管理與可靠性：在真空中散熱方式不同于地面，對(duì)芯片系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱通道的要求極高。谷歌強(qiáng)調(diào)在軌可靠性仍為重大難題。

3. 經(jīng)濟(jì)可行性：目前發(fā)射成本仍高，谷歌估算若單千克發(fā)射成本下降至約 200 美元，則天基數(shù)據(jù)中心的整體成本可接近地面系統(tǒng)。

影響與展望

若太空計(jì)算成為現(xiàn)實(shí)，地面用于大規(guī)模機(jī)房的土地、電力、水冷系統(tǒng)需求可大幅降低，從而釋放城市周邊資源壓力。

針對(duì)對(duì)地球觀測(cè)、海洋監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)警等場(chǎng)景，近軌算力意味著更快響應(yīng)和就地處理能力，有助于減少數(shù)據(jù)回傳時(shí)延。

隨著模型規(guī)模繼續(xù)攀升，地面算力擴(kuò)張可能遇到邊際收益遞減。太空或?yàn)橄乱粋�(gè)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的空間，可能催生基于衛(wèi)星算力的云／邊緣混合架構(gòu)。

但是，未來(lái)仍有三大變量需要持續(xù)觀察：

1. 發(fā)射與維護(hù)成本曲線：當(dāng)前火箭發(fā)射仍昂貴，衛(wèi)星壽命、維修難度、軌道碎片風(fēng)險(xiǎn)也高。成本若難以下降，天基算力仍傾向“錦上添花”而非主流。

2. 可持續(xù)運(yùn)維 &安全監(jiān)管：太空算力擴(kuò)展需考慮碎片清理、太空環(huán)境保護(hù)、國(guó)際合規(guī)、數(shù)據(jù)安全及網(wǎng)絡(luò)攻防新維度。

3. 網(wǎng)絡(luò)生態(tài)與地面融合能力：在軌算力若不能與地面數(shù)據(jù)中心、高速地面光纜網(wǎng)絡(luò)、云服務(wù)無(wú)縫融合，其優(yōu)勢(shì)將受限。星間通信、地面回傳、算力調(diào)度需形成完整體系。

下一個(gè)五到十年，或許我們會(huì)見(jiàn)證由數(shù)十顆、甚至數(shù)百顆太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)衛(wèi)星組成的“云端”機(jī)房體系，在地球上方默默運(yùn)行。AI 模型訓(xùn)練將不僅在地球機(jī)房、也可能在近地軌道、甚至更遠(yuǎn)的太空平臺(tái)完成。

參考資料：

https://research.google/blog/exploring-a-space-based-scalable-ai-infrastructure-system-design/?utm_source=chatgpt.com