业务化太空超算载荷在沪诞生
中科天算正深度对接“千帆星座”计划，研究卫星互联网算力增强方案
■2035年前后完成万卡级太空超算中心在轨部署
本报记者 俞陶然
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。
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，这是公司快速发展的重要原因。”中科天算董事长兼CEO刘垚圻说。
芯片全国产
“极光5000C”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。
这台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。中科天算采用“空间冗余+时间冗余+信息冗余”的技术路径，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。
对接“千帆”
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也落户松江，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。
在政府推动下，中科天算正在深度对接“千帆星座”计划，与垣信卫星合作开展二代星论证工作，研究卫星互联网算力增强方案。
近日，中科天算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。