長三角天基計(jì)算創(chuàng)新聯(lián)合體成立，搶抓彎道超車機(jī)遇

太空算力角逐拉開大幕，未來的太空不僅是人類探索未知的疆域，更將成為部署在軌算力、支撐智能決策的戰(zhàn)略基座。

5月15日，在浦江創(chuàng)新論壇·天基計(jì)算顛覆性技術(shù)和未來產(chǎn)業(yè)融合交流活動(dòng)上，中國科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)光電研究院院長褚君浩表示，天基計(jì)算是開啟太空智能時(shí)代的算力基座，未來在軌算力即決策話語權(quán)，同時(shí)帶動(dòng)未來能源、未來材料、未來制造、未來信息、未來空間、未來健康等未來產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。中國工程院院士鄔江興表示，超低軌是尚未被開發(fā)的戰(zhàn)略藍(lán)海，要打造超低軌衛(wèi)星智能體，以三期遞進(jìn)部署節(jié)奏構(gòu)建200公里-250公里晶上衛(wèi)星智能體網(wǎng)絡(luò)，搶抓發(fā)展機(jī)遇。

在軌算力即決策話語權(quán)

天數(shù)天算的必要性。

中國科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)光電研究院院長褚君浩表示，衛(wèi)星數(shù)量、空間分辨率、光譜分辨率等的提升，使得遙感、天文數(shù)據(jù)指數(shù)級(jí)、爆炸式增長。單幅全球高分辨率遙感影像的像素規(guī)模可達(dá)數(shù)億級(jí)，天基探測(cè)系統(tǒng)面臨海量數(shù)據(jù)傳輸與高速模數(shù)轉(zhuǎn)換帶來的帶寬、功耗和實(shí)時(shí)處理壓力。大量數(shù)據(jù)先下傳、再處理，導(dǎo)致有用信息到達(dá)用戶的時(shí)間被鏈路和流程拖長，遙感數(shù)據(jù)量、時(shí)效要求和通信窗口之間的矛盾越來越突出。天基計(jì)算是開啟太空智能時(shí)代的算力基座，它具備在軌實(shí)時(shí)感知、分析、決策、管控能力，通過部署算力、存儲(chǔ)、通信資源，實(shí)現(xiàn)從“天數(shù)地算”到“天數(shù)天算”的質(zhì)變，解決傳統(tǒng)計(jì)算體系傳輸速率、算力資源等難題，未來在軌算力即決策話語權(quán)。

超低軌是尚未被開發(fā)的戰(zhàn)略藍(lán)海，一般距離地球150公里-350公里。相較于傳統(tǒng)軌道，超低軌更接近地面，其通信更快，時(shí)延下降60%，分辨率提升5-10倍，可有效降低器件成本。中國工程院院士鄔江興表示，要打造超低軌衛(wèi)星智能體，智能體衛(wèi)星與軌道面群體協(xié)同，算力的提升為更復(fù)雜多樣的智能體提供運(yùn)行基礎(chǔ)，使得感知識(shí)別、自主決策等能力不斷加強(qiáng)；智能算法演講也反過來推動(dòng)算力體系的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升端側(cè)效率與適應(yīng)性。部署國產(chǎn)輕量化AI大模型，在極低功耗下支撐百億參數(shù)級(jí)邊緣推理，賦予自主決策能力，實(shí)現(xiàn)任務(wù)動(dòng)態(tài)分工與在軌演化。他表示，超低軌的戰(zhàn)略機(jī)會(huì)窗口期是5-8年，要以三期遞進(jìn)部署節(jié)奏構(gòu)建200-250公里晶上衛(wèi)星智能體網(wǎng)絡(luò)，搶抓發(fā)展機(jī)遇。

不過，當(dāng)前天基計(jì)算目前仍面臨天基衛(wèi)星群體協(xié)同、星載平臺(tái)功能資源受限、海量遙感數(shù)據(jù)導(dǎo)致的傳輸問題、模數(shù)轉(zhuǎn)化吞吐量消耗大等瓶頸。褚君浩介紹，例如太陽能電池與蓄電系統(tǒng)難以支撐大算力平臺(tái)的計(jì)算功耗，同時(shí)太空缺乏熱對(duì)流條件，散熱問題難解決。高分辨率遙感載荷短時(shí)間內(nèi)可產(chǎn)生TB級(jí)數(shù)據(jù)，但遠(yuǎn)距離大規(guī)模傳輸導(dǎo)致星與星、星與地之間延遲嚴(yán)重，限制實(shí)時(shí)性和有效的數(shù)據(jù)利用率。總之，大算力、低功耗、大數(shù)據(jù)之間矛盾突出。

此外，“低成本規(guī)模入軌是天基計(jì)算從技術(shù)驗(yàn)證邁向體系構(gòu)建的關(guān)鍵方式，這里面成本非常重要，尤其是大量衛(wèi)星、大量設(shè)備送上天，所以這里面有好多科學(xué)問題要解決。”褚君浩表示，抗輻射芯片是天基計(jì)算的生存底線，太空芯片加固技術(shù)正從物理防護(hù)向系統(tǒng)免疫跨越，開啟架構(gòu)驅(qū)動(dòng)的新范式。為解決高帶寬、低延遲，星間光互聯(lián)成為星間通信組網(wǎng)的新范式，高速光鏈路將分布式天基算力孤島互聯(lián)為統(tǒng)一算力網(wǎng)絡(luò)。為緩解傳統(tǒng)計(jì)算芯片算力不足和數(shù)據(jù)傳輸瓶頸問題，發(fā)展新型計(jì)算和通信范式也迫在眉睫。圍繞“異質(zhì)異構(gòu)集成光子芯片”，突破片上激光、高速調(diào)控、傳輸傳感等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建可編程光子與光量子芯片，為基礎(chǔ)算力、量子信息、6G通信等領(lǐng)域提供支撐。

天基計(jì)算產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)已扎根

“AI越往前走，算力就越會(huì)和能源、空間綁定在一起。”太空算力企業(yè)上海東方天算科技有限公司合伙人張冀鷂表示，地面數(shù)據(jù)中心推動(dòng)了AI的誕生與發(fā)展，未來AI一定會(huì)面臨電力、土地、散熱、網(wǎng)絡(luò)等種種限制。而太空具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，擁有持續(xù)不斷的太陽能、開闊的部署空間、全球覆蓋能力。“太空計(jì)算是一個(gè)中國彎道超車的好機(jī)會(huì)，因?yàn)橹芜@個(gè)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)已經(jīng)在我國扎根。光伏制造、精密制造、集成電路、商業(yè)航天都在快速發(fā)展。這些能力疊加起來，成為我國發(fā)展太空計(jì)算的底氣。”

當(dāng)前，上海積極構(gòu)建未來產(chǎn)業(yè)培育“四位一體”機(jī)制，率先布局天基計(jì)算作為未來產(chǎn)業(yè)培育方向，以重點(diǎn)產(chǎn)品研制為導(dǎo)向，以應(yīng)用場(chǎng)景示范為牽引，開展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，支持太空計(jì)算聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，協(xié)同未來產(chǎn)業(yè)基金引育鏈主企業(yè)，培育產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)。上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)主任駱大進(jìn)表示，下一步，上海市科委將深化研判天基計(jì)算發(fā)展路徑，搭建天基計(jì)算領(lǐng)域概念驗(yàn)證平臺(tái)，推進(jìn)天基計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，打造創(chuàng)新聯(lián)合體，培育完善產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新生態(tài)。

為搶抓天基計(jì)算發(fā)展機(jī)遇，東方天算牽頭20余家產(chǎn)學(xué)研相關(guān)單位共同籌建長三角天基計(jì)算創(chuàng)新聯(lián)合體。聯(lián)合體將以太空新型計(jì)算體系為核心主攻方向，聚焦抗輻照計(jì)算芯片、空間新型能源、先進(jìn)載荷、高效熱控、太空計(jì)算軟件、星間激光組網(wǎng)、在軌智能服務(wù)七大核心技術(shù)，打造全鏈條技術(shù)矩陣，助力長三角打造全球太空新型計(jì)算創(chuàng)新策源地。東方天算與光本位智能科技（上海）有限公司宣布聯(lián)合建設(shè)天基光計(jì)算創(chuàng)新中心，啟動(dòng)全球首個(gè)天基光計(jì)算載荷聯(lián)合研制工作。雙方已開展光計(jì)算芯片太空先期驗(yàn)證，并成功驗(yàn)證衛(wèi)星平臺(tái)與光計(jì)算芯片協(xié)同工作可行性，為下一步顛覆性技術(shù)天基應(yīng)用奠定工程基礎(chǔ)。

“長期穩(wěn)定低成本地運(yùn)行，將決定太空計(jì)算這條路能走多遠(yuǎn)。”張冀鷂表示，衛(wèi)星平臺(tái)、能源、散熱、通信、載荷、衛(wèi)星發(fā)射和星座運(yùn)營，每一項(xiàng)都需要重新算賬。必須系統(tǒng)性重構(gòu)產(chǎn)品和行業(yè)，讓衛(wèi)星、火箭和載荷在架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)，減少浪費(fèi)。同時(shí)利用AI驅(qū)動(dòng)軟硬件深度協(xié)同，在器件上充分驗(yàn)證工業(yè)級(jí)器件、車規(guī)級(jí)器件和消費(fèi)級(jí)電子供應(yīng)鏈的可靠性。只有把每一環(huán)都協(xié)同起來，才能持續(xù)降低系統(tǒng)性成本，讓太空計(jì)算真正進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化。

褚君浩表示，天基計(jì)算將帶動(dòng)未來能源、未來材料、未來制造、未來信息、未來空間、未來健康等未來產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。他呼吁勇于探索、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、攻克難關(guān)、發(fā)展前沿技術(shù)、攀登新高峰。