在毗邻G60科创云廊的上海天基计算产业基地，一台名为“极光5000C”的太空超算原型机引人注目。近日，中科天算成功研制出我国业务化太空超算载荷，择期发射并完成在轨验证后，有望成为全球首个实现业务化运行的太空超算载荷。所谓业务化，是指这个载荷能持续开展在轨算力服务，具备可交付、可复用的商用能力。此前，SpaceX公司发射的算力卫星属于试验星。
去年6月落户上海后，中科天算在上海未来产业基金、孚腾资本等支持下，快速成长为天基计算领域的新锐企业。“上海有一批支持硬科技早期项目的基金，还有全国领先的卫星互联网产业，这是我们公司快速发展的重要原因。”中科天算董事长兼CEO刘垚圻博士说。
在中科天算带动下，已有十余家企业落户天基计算产业基地，它们构成了产业链上下游关系，一个未来产业正在上海松江兴起。
多年技术积累，未来服务全球
这两年，天基计算被马斯克带火。所谓天基计算，是在卫星等天基平台上部署计算资源，处理大规模数据，提供信息服务。刘垚圻认为，我国发展天基计算的重要目标是为“一带一路”共建国家和其他国家输送算力，实现AI普惠、算力平权。与地面数据中心相比，太空数据中心覆盖范围更广、算力输送更便捷。作为人工智能时代的基建项目，太空与地面数据中心可形成互补，更好服务全球。为此，中科天算已招入外交学院毕业生，准备开拓国际市场。
位于上海松江区的天基计算产业基地
这家企业服务全球的底气，来自自主研发的“极光”系列星载智能机。在公司展区，记者看到了多款星载智能机。
“极光1000A”边缘式一体智能机和平板电脑差不多大小，其算力为32TOPS（每秒32万亿次运算），存储能力为1TB。2022年，开展了这款载荷的在轨验证，已稳定运行1200天以上。2023年，存储能力2TB的“极光1000A”实现天基大模型首次在轨上注与实时推理，验证了大模型与算力一起上天的可行性。2024年，中科天算实现这款载荷的批量化生产。
如果说“极光1000A”相当于遨游太空的笔记本电脑，那么“极光3000B”分布式通用化计算机相当于太空台式电脑，其算力达到0.5POPS（每秒500万亿次运算），存储能力为8TB。2024年，公司基于这款载荷验证了智能模组可扩展方案，为未来建设太空数据中心奠定了基础。
芯片国产，破解上天两大难题
正是这些年的技术积累和在轨验证，让中科天算有能力研制出“极光5000C”业务化太空超算载荷。它的1:1实物原型机看上去像一台服务器机柜，搭载数十张计算卡，集成了CPU（中央处理器）、GPU（图形处理器）、NPU（神经网络处理单元）和FPGA（现场可编程门阵列）等4种芯片，达到了以POPS（1POPS等于每秒1000万亿次运算）为单位的集群级算力。令人欣喜的是，它们都是国产芯片，来自国内多家企业。科研团队利用异构集成技术，实现了不同品牌、不同类型芯片之间的兼容协同。
中科天算展示“极光”系列星载智能机。
这个可上天的机柜通过管路与一台小型设备相连，构成了整套设备的散热装置。刘垚圻告诉记者，太空处于真空环境，无法依靠空气对流散热，所以如何把芯片运行产生的热量及时导出，是天基计算面临的一项技术挑战。经过技术攻关，团队已突破这个难题，为计算设备在轨稳定运行提供了保障。
天基计算的另一大技术挑战是抗辐照。太空中的高能粒子数量远超地球表面，它们与半导体材料碰撞后，会导致芯片烧坏或计算出错。为此，科研人员要设计一种容错计算方案，确保太空超算载荷长期可靠运行。中科天算采用“空间冗余+时间冗余+信息冗余”的技术路径，通过多芯片协同、重复计算和校验机制，降低辐射环境对计算结果的影响，提高了系统运行的稳定性。
两大关键技术突破，使国产高性能芯片得以安全上天、可靠运行，改变了过去宇航级芯片在性能上落后于商用芯片的局面。这意味着，太空数据中心未来建成后，有望进一步缩小与地面数据中心的差距。
推进“天算计划”，设立极光基金
根据“天算计划”，中科天算将以“极光5000”系列载荷为节点，2035年前后完成万卡级太空超算中心在轨部署。它部署于晨昏太阳同步轨道，由算力舱、能源舱、通信舱、运维舱组成。其中，算力舱负责提供高性能计算能力，总算力设计目标为10EOPS（每秒100亿亿次运算）；能源舱安装巨大的柔性光伏电池，总装机功率超100兆瓦；通信舱承担星地及星间数据传输，总带宽超10Tbps（太比特每秒）；运维舱可在轨组装，开展自动化维修服务。
要完成这项系统工程，需要产业链上下游企业通力合作。落户上海松江后，中科天算在政府支持下，通过交流合作吸引了十余家企业落户松江，初步形成了涵盖天基算力运营、卫星研制、航天热控、空间能源、气象遥感等领域的产业协作体系。这些企业所在的天基计算产业基地，与同处松江的卫星互联网产业集群形成了联动。
在政府推动下，中科天算正在对接“千帆星座”计划，研究卫星互联网算力增强方案。“千帆星座”是我国首个巨型低轨商业卫星互联网星座，由垣信卫星建设运营，计划今年底完成324颗在轨部署，初步提供区域服务。与地面移动通信基站不同，通信卫星一直在运动，卫星星座各个节点之间的连接关系、链路布局也随之不断变化，而且一颗通信卫星覆盖的面积比地面基站大得多，所以卫星星座在轨运行时的动态调优尤为重要。这种网络优化需要算力支持，中科天算研制的边缘式一体智能机可作为通信卫星载荷，助卫星互联网建设一臂之力。
“天算计划”将打造万卡级太空超算中心。
面向潜力巨大的“天基计算+卫星互联网”产业，中科天算积极推动产学研协同，在上海科技大学开设天基计算专业课程，与深圳理工大学合作设立天基计算研究生班，与国科大杭州高等研究院共同成立天基计算联合研发中心，为这一多学科交叉领域培养青年人才。
近日，这家上海企业还与中国计算机学会（CCF）联合设立了CCF—中科天算极光基金，引导国内高校院所和企业开展天基计算研究。基金已发布20个项目指南，重点支持面向太空环境的原生算力技术基础研究、工程化落地技术应用。
“太空计算已成为大国科技竞争的新赛道，有待解决的问题非常多，需要学术界、产业界和政府共同努力。”中国工程院院士、中国计算机学会理事长孙凝晖说，设立产学研联合基金，是推动未来产业基础研究和成果转化的有效机制，将吸引更多科研团队投身太空计算研究，让基础研究更紧密地对接产业需求，取得经得起检验的原创成果。
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