太空計(jì)算中心：“天算不如人間算”，這事情馬斯克也干不成

軍武數(shù)據(jù)庫(kù)

有些事情，我們大多數(shù)人都經(jīng)歷過(guò)，但是并沒有從中吸取任何經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。比如我們可以看這些：

這些都是20年前的手機(jī)。

三星、諾基亞也都是當(dāng)年的領(lǐng)頭羊，但依舊會(huì)搞出很多奇葩的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在看20年的手機(jī)行業(yè)如果高情商的來(lái)講就是充滿了無(wú)限創(chuàng)新的可能性，如果低情商一點(diǎn)就是群魔亂舞了。

直到18年前——

手機(jī)就基本上安分了一代人的時(shí)間。

類似于這種改變世界或者重新定義世界的故事，一個(gè)世紀(jì)也沒幾次。W君是如何看到這樣的脈絡(luò)的呢？很久很久之前玩攝影，當(dāng)年的美能達(dá)發(fā)出過(guò)這樣一個(gè)系列的廣告：

大致的意思是，未來(lái)的相機(jī)都是這樣的，但現(xiàn)在只有美能達(dá)是這樣的。當(dāng)年給W君的認(rèn)知就是“未來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)，并非來(lái)自集體共識(shí)，而是由某個(gè)孤獨(dú)的先行者先一步實(shí)現(xiàn)”，這是1980年代中期，大家如果回看那段時(shí)間的相機(jī)歷史和各種林林總總的相機(jī)設(shè)計(jì)，會(huì)和看18年前的手機(jī)有同感。其實(shí)到現(xiàn)在，W君也一直在用美能達(dá)膠片機(jī)，而諷刺的是，那臺(tái)“定義了未來(lái)”的機(jī)器，最終卻沒有擁有自己的未來(lái)——后浪推前浪最終美能達(dá)死在了沙灘上，品牌輾轉(zhuǎn)變成了今天的索尼相機(jī)部門。

為什么今天聊起這個(gè)了呢？一個(gè)搞航天的大哥盛贊了馬斯克把自己旗下搞航天的space X公司里面的20億美元資金投入到馬斯克自己aiX了，其實(shí)就是自己兩家公司左手倒右手的事情。個(gè)人認(rèn)為沒什么需要過(guò)度解讀的。

并不是什么“大棋局”、“天算時(shí)代”、“算力星鏈一體化”、“AI飛太空”這樣的自媒體熱點(diǎn)敘事。

但這件事，說(shuō)明了一個(gè)新的變革點(diǎn)到了——我們的IT基礎(chǔ)設(shè)施也漸漸的進(jìn)入了一個(gè)群魔亂舞的時(shí)間點(diǎn)。只不過(guò)，把算力發(fā)往太空這事情無(wú)論誰(shuí)來(lái)搞都不靠譜，即便是馬斯克也干不成。

前兩天在說(shuō)核聚變目前還搞不成，就導(dǎo)致了很多炒核聚變概念股的來(lái)噴，今天還會(huì)有炒“太空計(jì)算衛(wèi)星概念股”的人跳腳的。這事情和核聚變一樣，很玄幻，但干不成，這也是由基本規(guī)律造成的。如果非得像前兩天一樣說(shuō)概念股的事情，那么W君就只能告訴大家兩件事，第一，W君這邊用AI管理評(píng)論會(huì)自動(dòng)刪除不良言論；第二、股市只坑沒腦子的人。

現(xiàn)在，說(shuō)下為什么：

首先，最基本的道理是我們的世界是依賴于空氣運(yùn)行的，雖然空氣看不見摸不到但會(huì)深刻的影響我們每一個(gè)人和每一件事。太空中取之不盡的太陽(yáng)能反而在其次。

在太空中運(yùn)行的電腦散熱才是關(guān)鍵問(wèn)題。

我們看到了一個(gè)空間站的照片，你會(huì)在上面發(fā)現(xiàn)兩種板子，第一種是黑色的太陽(yáng)能帆板，這種板子主要是為空間站提供電能的，第二種是白色的板子，這是散熱板，近一些看：

這些白色的板子并不是用來(lái)發(fā)電的，它們沒有太陽(yáng)能電池，而是一塊塊金屬腔體，連著復(fù)雜的管道和流體系統(tǒng)。它們的名字叫做“外部主動(dòng)熱控制系統(tǒng)（External Active Thermal Control System）”，這是一個(gè)空間站中每一臺(tái)電腦、每一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、每一個(gè)通訊模塊乃至廁所中宇航員撇出的大條的熱量最后的歸宿。

為什么說(shuō)這是“熱量的最后的歸宿”？因?yàn)樵谔罩?，沒有空氣的對(duì)流，沒有水流的帶走，任何空間站內(nèi)所發(fā)出的每一瓦熱量都得靠紅外線慢吞吞地輻射出去。而紅外輻射的效率之低，低到讓人發(fā)指。

以國(guó)際空間站為例：

一個(gè)小系統(tǒng)要三條8片板子，每個(gè) Radiator ORU長(zhǎng) 23.3 米 × 寬 3.4 米，有效表面積為79.22平方米

每套散熱器含 3 個(gè) ORU，兩組總計(jì) 6 個(gè) ORU，總計(jì)散熱面積為475.32平方米，大約相當(dāng)于咱們普通人家三個(gè)大平層的面積了。

但能散掉的熱量，按照NASA的規(guī)范來(lái)說(shuō)是140千瓦，后期國(guó)際空間站改進(jìn)了散熱裝置，散熱量達(dá)到了168千瓦。按照太陽(yáng)帆板90千瓦的發(fā)電量來(lái)說(shuō)，國(guó)際空間站的散熱基本上達(dá)到了均衡。

講到這里，就要有人吹天宮空間站的熱管理系統(tǒng)了，用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)吸熱量發(fā)電……

這個(gè)東西咱們有，但是用途是更高效的獲取電能，和散熱一點(diǎn)關(guān)系都沒有，空間站作為一個(gè)封閉系統(tǒng)，不斷的從外界吸收熱量，如果這玩意可以通過(guò)發(fā)電消耗掉本應(yīng)該散熱的熱量，那么這件事就違背了熱力學(xué)定律，咱們也就不用搞空間站了，永動(dòng)機(jī)就通過(guò)這件事發(fā)明出來(lái)了。

那么我們回頭看空間站中的計(jì)算機(jī)，一兆瓦的電量如果帶至強(qiáng)核心的服務(wù)器（包含CPU、內(nèi)存、主板、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）可以帶大約1466臺(tái)。咱們以這件事作為一個(gè)計(jì)算基準(zhǔn)。

光聽這數(shù)字似乎很美好，仿佛“天上裝幾千個(gè)AI服務(wù)器”就能構(gòu)建個(gè)星際版計(jì)算中心似的。但問(wèn)題來(lái)了：這些服務(wù)器的電功率幾乎全數(shù)會(huì)轉(zhuǎn)化為熱功率。也就是說(shuō)，如果你在軌部署了這樣一批機(jī)器，接下來(lái)的問(wèn)題不是“能不能跑計(jì)算”，而是“這些熱怎么排掉？”

按照前面的方式來(lái)計(jì)算，按照國(guó)際空間站的散熱標(biāo)準(zhǔn)，168千瓦的散熱量大約只能支持245臺(tái)這樣的服務(wù)器運(yùn)行。如果是1466臺(tái)的話，基本上的散熱需求就是1兆瓦。有公式來(lái)計(jì)算輻射散熱的：

P：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)散發(fā)的熱功率（瓦）

σ：斯特藩–玻爾茲曼常數(shù) =

ε：材料的發(fā)射率，理想黑體為1，真實(shí)材料通常在0.8–0.95之間

A：散熱面積（平方米）

T：散熱器工作溫度（開爾文）

：宇宙背景溫度，約為 3 K，可忽略不計(jì)

到公式中我們就可以計(jì)算了：

大約需要76335平方米的散熱面積，400K的熱量換算成我們熟悉的攝氏度時(shí)127?C，這個(gè)溫度下大部分電子元件已經(jīng)很難正常工作了，如果要確保正常工作，應(yīng)該不能超過(guò)85?C，也就是358K。我們回去看這個(gè)公式，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)罕見的用到了四次方的公式，微小的差異就會(huì)導(dǎo)致結(jié)果巨大的變化，從400K到358K雖然僅僅降低了42K，但面積就要來(lái)到了119333平方米，也就是12萬(wàn)平米。

北京陶然亭公園東門正對(duì)著的朱雀亭小區(qū)，占地面積恰好是12萬(wàn)平米，作為參照小區(qū)東邊還有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)。這個(gè)面積差不多將近17個(gè)足球場(chǎng)的大小。

長(zhǎng)400米寬300米的散熱板……大概就是這么大的面積吧。

所以為了讓 1 兆瓦的太空 服務(wù)器集群獲得足夠的散熱能力需要在太空中鋪出一個(gè)和朱雀亭小區(qū)一樣大的金屬板，還得附帶上數(shù)百公里長(zhǎng)的冷卻液熱循環(huán)系統(tǒng)、輻射控制機(jī)構(gòu)和展開/對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。而且這玩意還得不能撞、不漏、不壞。

聽起來(lái)很“壯觀”吧？不過(guò)，這僅僅是1兆瓦散熱的用量，你還得有至少6000平米的太陽(yáng)能電池板來(lái)維持電力供應(yīng)。

總體弄完了之后，你就可以按照1466臺(tái)服務(wù)器用這一兆瓦的電量了。但問(wèn)題是，如果在地球上弄這么一個(gè)機(jī)房會(huì)怎樣？

2007年騰訊在天津?yàn)I海新區(qū)拿到了280畝地，大約折合18萬(wàn)平方米。在上面修了三個(gè)樓房，其中包括一個(gè)弧形的辦公樓和兩個(gè)長(zhǎng)方形的數(shù)據(jù)中心機(jī)房。項(xiàng)目總投資100億元人民幣，這個(gè)地面上的數(shù)據(jù)中心可容納30萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器。

現(xiàn)在的數(shù)據(jù)中心機(jī)房也是大房套小房

一個(gè)大型機(jī)房中會(huì)有很多微模，其實(shí)1兆瓦，僅僅是一個(gè)高密度機(jī)房中兩個(gè)微模塊的供電量而已。

當(dāng)然了，在地面上用有電費(fèi)對(duì)吧，而且一個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房里的電源母線就有一個(gè)成年人的胳膊粗

機(jī)房的耗電量驚人！而在太空中如果把太空數(shù)據(jù)中心放在晨昏線同步軌道就可以獲得不間斷的太陽(yáng)能。

這個(gè)高度一般是705公里，幾乎垂直于地球自轉(zhuǎn)方向。按照目前最便宜的Space X 猛禽9火箭的報(bào)價(jià)來(lái)說(shuō)，發(fā)射一公斤載荷到這個(gè)軌道上的價(jià)格差不多是6000美元。

目前一臺(tái)DELL R760服務(wù)器的滿配重量為28.5公斤，咱們假設(shè)太空使用完全去掉10公斤的機(jī)箱重量，還會(huì)剩下18.5公斤，1466臺(tái)這樣的服務(wù)器會(huì)有27121公斤，單單把這些服務(wù)器發(fā)射上去就會(huì)需要大約1.6億美元。一臺(tái)18.5公斤的服務(wù)器，需要用111600美元才可以有資格用“免費(fèi)”電。

我們來(lái)看美國(guó)電費(fèi)，居民用電價(jià)格在每千瓦時(shí)11到41美分之間，工業(yè)用電則更便宜，通常在每千瓦時(shí)6到10美分之間。?

咱們中國(guó)的居民用電價(jià)格一般在每度電0.56元到0.62元之間，而工業(yè)用電價(jià)格會(huì)略高一些，一般在0.86元到1.80元之間。

一臺(tái)典型功率680瓦的服務(wù)器，一年在國(guó)內(nèi)的數(shù)據(jù)中心消耗的電費(fèi)為10722人民幣（0.68*365*24=5956.8，電費(fèi)安裝1.8元/千瓦時(shí)計(jì)算）

按照這樣計(jì)算的話，111600美元的服務(wù)器發(fā)射費(fèi)用換成地面上的電費(fèi)在中國(guó)夠用74年，在美國(guó)也可以用187年！

我們要知道的是……一臺(tái)服務(wù)器的生命周期也就只有3-5年。IT計(jì)算設(shè)備的更新迭代很快，我們很難用5年前的設(shè)備來(lái)支持現(xiàn)在的業(yè)務(wù)，這件事無(wú)論是地球上還是太空中都是一樣的，發(fā)射到太空中的計(jì)算機(jī)要想跟得上IT需求的發(fā)展也需要至少5年換一次，再換再加上111600的發(fā)射費(fèi)用？

這事情，并不劃算！而且，我們?cè)谟?jì)算的還只是服務(wù)器的發(fā)射成本，并沒有計(jì)算構(gòu)建這個(gè)太空數(shù)據(jù)中心的成本。至于在軌道上如何部署支架、熱控系統(tǒng)、電源接駁、通信鏈路、姿態(tài)控制系統(tǒng)、冗余設(shè)計(jì)，這些一項(xiàng)也不能少——而這些，才是真正“太空數(shù)據(jù)中心”的成本核心。

要知道1466服務(wù)器只有27121公斤就需要花費(fèi)1.6億美元的發(fā)射費(fèi)用，剛剛咱們看的國(guó)際空間站上的散熱組件，每套重量也有1噸多。

所以折算下來(lái)還需要為這件事發(fā)射1690多噸重（12萬(wàn)平米）的散熱片上天。發(fā)射1466臺(tái)服務(wù)器的費(fèi)用和散熱片來(lái)比就是九牛一毛了。

而且——我們千萬(wàn)別被“1466臺(tái)服務(wù)器”這個(gè)數(shù)字嚇到。

普通人聽到一千多臺(tái)服務(wù)器，可能覺得這是個(gè)龐然大物，一輩子也接觸不到這么多機(jī)器。但在現(xiàn)代 IT 企業(yè)眼里，這數(shù)字不過(guò)是九頭牛的一根毛上的一根絨毛。

你看，2024年一年里，字節(jié)跳動(dòng)（今日頭條的母公司）就采購(gòu)了23萬(wàn)張用于 AI 訓(xùn)練的高性能顯卡，微軟更夸張，全年采購(gòu)了44.8萬(wàn)張顯卡。每張顯卡背后對(duì)應(yīng)的計(jì)算單元、配套服務(wù)器，數(shù)量可能是幾萬(wàn)甚至幾十萬(wàn)臺(tái)級(jí)別的。

相比之下，一千多臺(tái)服務(wù)器、還在為它設(shè)計(jì)太空供電系統(tǒng)和十二萬(wàn)平米的輻射散熱片……說(shuō)句難聽的，連一個(gè)中型AI模型的預(yù)熱階段都不夠用。規(guī)模就不對(duì)等了。而且截止到目前為止，太空發(fā)射的價(jià)格還是降不了，針對(duì)于在太空部署服務(wù)器這件事來(lái)說(shuō)還是發(fā)射的越多虧得越多。

一些公司發(fā)射幾個(gè)計(jì)算平臺(tái)到太空軌道上玩玩，驗(yàn)證一下可行性，還是沒有什么問(wèn)題的。但真的大規(guī)模應(yīng)用，例如在太空中部署一個(gè)數(shù)據(jù)中心。這種事情在現(xiàn)在真甭想了。

想想開始說(shuō)的，地球上的IT設(shè)施是遇到了發(fā)展瓶頸，也正因?yàn)檫@個(gè)發(fā)展瓶頸造就了一個(gè)新的群魔亂舞時(shí)代。現(xiàn)在看起來(lái)覺得很有意義的事情，或者很有賣點(diǎn)的主意，在人類真正跨過(guò)這個(gè)瓶頸再回頭看不過(guò)都是一些很蠢的笑話。

#頭號(hào)創(chuàng)作者激勵(lì)計(jì)劃#