谷歌宣布Project Suncatcher:将AI芯片送入太空轨道开创计算新纪元

摘要

谷歌于2025年11月4日(美东时间)公布了"Project Suncatcher"(捕日者项目)研究计划,旨在将搭载TPU芯片的太阳能卫星送入太空轨道,构建空间AI数据中心。该公司计划于2027年与Planet Labs合作发射两颗测试卫星,每颗搭载四个TPU芯片。这一创新方案标志着AI基础设施从地面向太空扩展的重要尝试,旨在解决地面数据中心能源消耗和碳排放问题。

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AI计算向太空迈进:谷歌提出太阳能卫星数据中心方案

谷歌于2025年11月4日(美东时间)正式发布了名为"Project Suncatcher"的前沿研究项目,该项目由谷歌智能范式高级总监Travis Beals领导。该项目提出将公司的Tensor Processing Unit(TPU)AI芯片搭载到太阳能卫星上,在太空中建立机器学习计算基础设施。

技术方案与创新突破

该系统设计采用紧凑卫星星座,运行在晨昏太阳同步低地球轨道,确保卫星几乎持续暴露在阳光下。在合适的轨道上,太阳能板的生产效率可达地面的8倍,并能近乎持续发电,大幅减少电池需求。

为实现与地面数据中心相当的性能,卫星间需要建立支持每秒数十太比特的高带宽连接。谷歌团队已通过实验验证了这一可行性,使用单对收发器实现了1.6太比特每秒的传输速度。

系统将采用无线光学连接,卫星间距仅数百米,远小于现有卫星星座(如Starlink的约120公里间距)。物理模型分析显示,在650公里平均高度、1公里集群半径的配置下,相邻卫星间距在100-200米之间波动,仅需适度的轨道维持操作即可保持稳定星座。

辐射耐受性测试

谷歌对其最新的Trillium v6e云TPU进行了67MeV质子束辐射测试。结果显示,高带宽内存子系统在累积剂量达到2千拉德(硅)后才出现异常,这几乎是预期五年任务剂量750拉德(硅)的三倍。在最高15千拉德(硅)的测试剂量下,没有出现归因于总电离剂量的永久性故障。

成本经济性分析

历史上,高昂的发射成本一直是大规模太空系统的主要障碍。然而,谷歌对历史和预测发射定价数据的分析表明,按持续学习率计算,到2030年代中期,价格可能降至每公斤200美元以下。在该价格点,按每千瓦/年计算,发射和运营太空数据中心的成本可能与地面数据中心的能源成本大致相当。

首次测试任务计划

谷歌的下一个里程碑是与Planet公司合作开展学习任务,计划于2027年初发射两颗原型卫星。该实验将测试模型和TPU硬件在太空中的运行情况,并验证光学星间链路用于分布式机器学习任务的可行性。

项目背景与意义

传统地面数据中心消耗大量电力,导致温室气体排放增加,并引发环保人士的批评。通过将部分计算迁移到太空,谷歌寻求利用近乎全天候的太阳能,同时减少对地球资源的影响。

谷歌在博客文章中表示:"未来,太空可能是扩展AI计算的最佳场所。太阳是太阳系的终极能源,其辐射功率超过人类总电力生产的100万亿倍。"

面临的挑战

尽管初步分析表明太空机器学习计算的核心概念不受基本物理或不可逾越的经济障碍限制,但仍存在重大工程挑战,如热管理、高带宽地面通信和在轨系统可靠性。

由于太空没有空气,芯片产生的热量必须通过固体材料传递到散热器,释放到太空中。团队计划使用先进的热界面材料来有效传递热量,而无需机械部件。

此外,轨道碎片也带来碰撞风险。现有轨道垃圾已对活跃卫星构成威胁,更紧密的卫星编队会放大碰撞概率,需要强大的碰撞规避系统和持续的轨道碎片监测。

长远愿景

谷歌表示,最终千兆瓦级星座可能受益于更激进的卫星设计,这可能结合更适合太空环境的新型计算架构,以及将太阳能收集、计算和热管理紧密集成的机械设计。

这一雄心勃勃的项目延续了谷歌探索前沿技术的传统,正如十年前公司开始建造大规模量子计算机,以及15年前启动最终演变为Waymo的自动驾驶汽车项目。Project Suncatcher代表了AI基础设施发展的新方向,可能为未来的大规模AI计算开辟全新路径。