半月談?dòng)浾?朱涵

5月14日一條中國衛(wèi)星發(fā)射成功的消息，讀起來可能有點(diǎn)奇怪——“太空計(jì)算衛(wèi)星星座成功發(fā)射”。前8個(gè)字連起來，究竟是啥意思?再細(xì)了解的話，科學(xué)家又說這意味著“三體計(jì)算星座”正式進(jìn)入組網(wǎng)階段……

啥?“三體”?劉慈欣設(shè)計(jì)的嗎?還真不是。“三體計(jì)算星座”到底是什么，又意味著什么，來聽聽主導(dǎo)這一發(fā)射計(jì)劃的之江實(shí)驗(yàn)室里的科學(xué)家們?cè)趺凑f。

“三體”“計(jì)算”“星座”，都是啥意思?

我們熟悉的人造衛(wèi)星，大體分為通信衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星三類。不過，構(gòu)建“三體計(jì)算星座”的衛(wèi)星并非上述任何一種衛(wèi)星，而是第四類人造衛(wèi)星——計(jì)算衛(wèi)星。

目前，多數(shù)衛(wèi)星自己無法處理數(shù)據(jù)，而是將數(shù)據(jù)傳回地面的數(shù)據(jù)處理中心加以解析，但這種“天感地算”的模式往往受限于地面站資源、傳輸帶寬等因素，僅有不到十分之一的有效衛(wèi)星數(shù)據(jù)能傳回地面，數(shù)據(jù)時(shí)效也不夠理想。

“目前發(fā)射衛(wèi)星，很像‘放風(fēng)箏’，都是衛(wèi)星與地面‘單線聯(lián)絡(luò)’，衛(wèi)星和衛(wèi)星之間不聯(lián)通。”之江實(shí)驗(yàn)室天基計(jì)算系統(tǒng)研究中心副主任李超說，之江實(shí)驗(yàn)室提出構(gòu)建“三體計(jì)算星座”，就是想打通這些瓶頸。

“三體計(jì)算星座”首軌衛(wèi)星示意圖

2023年，之江實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合全球合作伙伴提出構(gòu)建這一太空計(jì)算系統(tǒng)的設(shè)想。次年11月，“三體計(jì)算星座”正式啟動(dòng)。

為啥取名叫“三體”?中國工程院院士、之江實(shí)驗(yàn)室主任王堅(jiān)解釋說，這和科幻小說倒沒什么關(guān)系，而是轉(zhuǎn)化了一下牛頓提出的“三體問題”。牛頓當(dāng)年的思考著眼于天體之間引力作用的復(fù)雜，之江的愿景則是讓互聯(lián)互通的衛(wèi)星協(xié)同計(jì)算成為現(xiàn)實(shí)。一句話，“三體計(jì)算星座”不是簡單地送衛(wèi)星上天，而是要構(gòu)建太空計(jì)算星座，把算力送上太空，進(jìn)而將太空變成人工智能應(yīng)用的新場景。

在研發(fā)過程中，之江實(shí)驗(yàn)室將單顆衛(wèi)星的算力從T級(jí)提升到了P級(jí)，也就是10至100倍的提升。此外，實(shí)驗(yàn)室還研發(fā)了天基分布式操作系統(tǒng)，堪稱“星座資源管家”，可以勝任星座算力、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，編排調(diào)度在軌計(jì)算任務(wù)及應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測更不在話下。

據(jù)了解，5月14日發(fā)射的一箭12星中，最高單星算力達(dá)744TOPS(每秒744萬億次計(jì)算)，整體具備5POPS(每秒5千萬億次計(jì)算)在軌計(jì)算能力和30TB存儲(chǔ)容量。衛(wèi)星同時(shí)搭載了80億參數(shù)的天基模型，可實(shí)現(xiàn)分類、解譯、檢測等12類遙感任務(wù)的在軌處理。

組網(wǎng)“三部曲”怎么干?

5月14日12點(diǎn)12分發(fā)射，12點(diǎn)59分，一箭12星的第一組遙測數(shù)據(jù)傳回，證明衛(wèi)星已正常入軌。之江實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)馬不停蹄地投入到后續(xù)工作。

之江實(shí)驗(yàn)室天基計(jì)算系統(tǒng)研究中心團(tuán)隊(duì)在工作

“第一，星與星之間建立聯(lián)系;第二，星與地之間建立聯(lián)系;第三，星與地建成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。”李超這樣概括組建“三體計(jì)算星座”的三部曲。目前，衛(wèi)星的太陽能板已經(jīng)正常展開，進(jìn)入“爬軌”階段，研究團(tuán)隊(duì)也已完成對(duì)載荷的自檢。

根據(jù)計(jì)劃，“三體計(jì)算星座”12顆衛(wèi)星將于6月中旬完成入軌，進(jìn)入為期3個(gè)月左右的建鏈組網(wǎng)在軌測試。目前，新一軌衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)的研制工作也已經(jīng)啟動(dòng)。今年，之江實(shí)驗(yàn)室還將攜手國星宇航、智星空間、地衛(wèi)二等企業(yè)，共同完成超50顆計(jì)算衛(wèi)星的星座布局。

最終，“三體計(jì)算星座”的目標(biāo)是打造千星規(guī)模的天基智能計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，建成后總算力規(guī)模將達(dá)到1EOPS(每秒百億億次運(yùn)算)，這樣的算力水平，有望超過目前地面上大部分單體數(shù)據(jù)中心。

憑著團(tuán)隊(duì)各方的精誠合作，從項(xiàng)目立項(xiàng)啟動(dòng)，到首發(fā)任務(wù)成功發(fā)射，“三體計(jì)算星座”只用了不到9個(gè)月時(shí)間。但大家深知，這只是馬拉松賽跑完了最初一公里。從硬件防輻射到完善在軌協(xié)作，茫茫太空蘊(yùn)藏的挑戰(zhàn)，還將考驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的勇氣與智慧。

如何為更多前沿探索賦能?

“三體計(jì)算星座”中的衛(wèi)星，工作效率較之傳統(tǒng)衛(wèi)星，提升極為明顯。

比方說，遙感行業(yè)就可以直接感受到這種對(duì)比。傳統(tǒng)遙感衛(wèi)星的工作方式，是把圖片拍下來，再將數(shù)據(jù)傳到地面處理，耗時(shí)以小時(shí)計(jì)。但如果衛(wèi)星可以互聯(lián)、模型能夠上天，數(shù)據(jù)處理的效率將提升到分鐘級(jí)甚至是秒級(jí)。

“有了計(jì)算星座在太空中之后，一部分?jǐn)?shù)據(jù)在太空中就能處理完，直接送到用戶手里去。”李超說，衛(wèi)星計(jì)算資源的快速響應(yīng)，對(duì)智慧城市、環(huán)境治理等領(lǐng)域而言，會(huì)是雪中送炭式的重要幫助。

另一大變化，就是兩顆衛(wèi)星之間的計(jì)算協(xié)同得以初試身手。本次發(fā)射中，中國科學(xué)院國家天文臺(tái)、廣西大學(xué)與之江實(shí)驗(yàn)室合作，為衛(wèi)星搭載X射線偏振探測器。這一設(shè)備，就是裝在兩顆衛(wèi)星上，以兩顆衛(wèi)星的算力協(xié)作，更好探測太空中轉(zhuǎn)瞬即逝的伽馬射線暴。

更令人興奮的是，衛(wèi)星同時(shí)搭載了80億參數(shù)的天基模型，可在軌處理L0-L4級(jí)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，這是我國將人工智能送上太空的第一步，有望支撐科學(xué)家探索更多的太空未知。

西班牙《日?qǐng)?bào)》網(wǎng)站刊文認(rèn)為，三體計(jì)算衛(wèi)星的發(fā)射，標(biāo)志著中國已經(jīng)開始打造世界首臺(tái)太空超級(jí)計(jì)算機(jī)。不過在王堅(jiān)看來，“天感天算”還僅僅是天基智能計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施最簡單的應(yīng)用，“就像有了電之后點(diǎn)亮了燈泡”。“三體計(jì)算星座”更為神奇的潛力，還將助力中國太空探索迎來更多高光時(shí)刻。