AI数据中心“向天而行”并非坦途

来源：科技日报

科技日报记者 刘霞

当互联网、云计算和人工智能（AI）以前所未有的速度向前狂奔时，作为其底层基座的数据中心，也在全球各地加速“生长”。然而，这些庞然大物占地面积广、能耗高、耗水量大的特点，正引发越来越多的关注和争议。

就在业界还在为地面数据中心的能耗、占地和散热问题绞尽脑汁时，一些科技先锋已经把目光投向了更远的地方——太空。英国《自然》杂志近日报道指出，从美国初创公司“星云”到埃隆·马斯克的SpaceX，都在探索将数据中心送入地球轨道的可能性，试图利用太空的独特环境来重塑未来的算力基础设施。当然，这条“通天之路”绝非一片坦途。

太空数据中心备受青睐

大型AI数据中心在地面上遇到的阻力越来越大。根据Data Center Watch的统计，过去两年里，由于社区居民和环保团体的反对，美国有价值180亿美元的数据中心项目被直接取消，还有价值460亿美元的项目被迫延期。

正是在这种背景下，“轨道数据中心”的概念开始受到热捧。将数据中心部署到太空以支持AI发展的实质性动作，始于2024年9月。当时，“星云”公司的工程师发布了一份白皮书，直接断言轨道数据中心“在技术和经济上都已经可行”，并称这是“充分释放AI潜力的必经之路”。

到了2025年11月，“星云”公司发射了全球第一颗搭载英伟达H100 GPU的卫星，其计算能力比以往任何太空计算机都跃升了上百倍。这个标志性事件，意味着太空数据中心正式从科幻构想迈入了工程现实。

该公司的构想是，在太空中构建大规模的算力集群，从而突破地面计算在能源和物理空间上的限制。按照他们的规划，太空数据中心将坐拥三大天然优势：近乎无限的太阳能供电、可以向深邃太空辐射散热的被动冷却机制，以及完全零淡水消耗的运行模式。这不仅能大幅降低运营成本，还能为地球的电网和水资源减轻负担。欧盟委员会的相关研究也证实，轨道数据中心有望显著减少温室气体排放，并彻底摆脱对冷却用水的依赖。

另一边，科技巨头谷歌也启动了名为“太阳捕手”的太空计算项目，致力于在轨道上搭建可扩展的AI算力系统，为下一代机器学习储备力量。谷歌计划在距地约650公里的太阳同步轨道上，部署81颗搭载自研TPU芯片的卫星，依靠太阳能供电和自由空间光通信技术，编织一张天基算力网络。这样一来，就能巧妙地绕开地面项目常见的审批瓶颈和能耗限制。

真正点燃整个行业热情的，是今年1月的达沃斯世界经济论坛。马斯克在会上放言：太空将是部署AI成本最低的地方，并且这个愿景在两到三年内就能实现。随后，SpaceX宣布计划发射多达一百万颗卫星，以构建一个庞大的轨道数据中心网络。要知道，目前整个近地轨道的卫星存量大约只有1.5万颗，这个数字对比之下，着实令人震惊。美国乔治城大学的学者凯瑟琳·柯利透露，自那以后，该领域受到的关注度呈指数级飙升。

与此同时，杰夫·贝索斯旗下的蓝色起源公司，也正式提交了自己的卫星星座规划。

今年3月，美国政府推出的《保护纳税人承诺》计划，又为天基数据中心的发展添了一把火。OpenAI和马斯克的xAI等公司纷纷签署承诺，明确表示将自行承建相关基础设施或承担全部用电成本，不让纳税人为这笔钱买单。

诸多挑战有待破解

然而，要实现上述宏伟蓝图，还需要跨越好几道工程与技术上的鸿沟。

首当其冲的就是散热问题。尽管太空背景温度极低，但近乎真空的环境使得热对流和热传导几乎失效，AI芯片产生的海量热量很难自然散发出去。美国宾夕法尼亚大学的机械工程师伊戈尔·巴尔加汀指出，虽然可以沿用国际空间站上那种配备散热器的现有方案，但这类设备非常笨重，会导致发射成本急剧上升，并不太适用于需要大规模部署的轨道数据中心。

恶劣的太空辐射环境对AI芯片的影响，是另一个“拦路虎”。卡内基梅隆大学的系统科学家肯尼斯·梅警告说，高能质子和粒子流持续轰击芯片，极易引发数据损坏或硬件故障。尽管谷歌在去年的白皮书中宣称，其自研的Trillium芯片在质子束测试中表现稳定，但巴尔加汀坦言，市面上主流的商用AI芯片究竟能承受多大剂量的辐射，目前仍然是个未知数。

巴尔加汀还补充道，随着发射卫星数量的激增，太空交通管理将面临持续压力。如果低轨道卫星的数量真的增加上百倍，它们彼此之间发生碰撞的概率将会呈指数级攀升。而碰撞可能引发的连锁反应，甚至会导致部分宝贵的轨道资源变成无法利用的“太空废区”。

科学界也有自己的担忧。日益密集的卫星星座已经对天文观测造成了严重的光污染。英国皇家天文学会的数据显示，如果SpaceX的计划全面实施，位于智利的甚大望远镜所拍摄的图像中，将会有大约10%的视场因为卫星轨迹的干扰而报废。

照进现实尚待时日

尽管困难重重，但一些先行者已经率先将AI模型送上了天。

“星云”公司的卫星入轨后，已经开展了多项演示任务，包括运行谷歌的“双子座”模型、执行模型微调以及在轨训练，目的就是实地测试高性能计算在太空环境下的真实表现。

监管层面也在快速响应。美国联邦通信委员会已经收到了SpaceX的卫星提案，并开始公开征求意见。据美国《太空新闻》报道，3月底，马斯克首次披露了SpaceX轨道数据中心的部分技术细节，公开了一款配备大型散热器的“AI Sat Mini”卫星概念图。

不过，商业化之路依然布满荆棘。路透社近日援引SpaceX的招股文件指出，其“轨道AI计算”计划仍然高度依赖许多尚未经过验证的技术，短期内恐怕难以实现商业上的可行性。

业界普遍认为，轨道数据中心从概念走向普及，还需要很长的时间。巴尔加汀给出了一个乐观的估计，他认为五年或许是一个理想的突破期；而柯利则持更为审慎的态度，她认为至少需要10到15年，甚至20年，天基算力才有可能达到今天地面数据中心的成熟度和普及水平。