中国企业家给马斯克泼冷水，SpaceX核心项目，有个难题恐面临瓶颈
最近世界首富马斯克公开了SpaceX的宏伟计划，也就是建立太空数据中心的设想。他介绍，这个数据中心将由无数AI卫星组成，利用太空的充足太阳能、近乎无限的空间以及先天的散热优势，为人类提供前所未有的充沛算力。届时，SpaceX将撬动一个总市值高达26.5万亿美元的庞大市场。
（马斯克目前专注于打造太空数据中心）
不过，中国科技公司企业家周鸿祎提及太空数据中心的话题时，泼了一盆冷水。对于提出这个概念的想象力，周鸿祎承认这一点确实值得敬佩。但他也明确指出，对太空数据中心来说，核心瓶颈将是散热问题。
在他看来，至少短期内，地面数据中心仍然是主力。马斯克提出的太空数据中心，仍然相当遥远。
散热问题，真这么严重？
是的。
（周鸿祎谈及太空数据中心散热问题）
由于每一个芯片上都包含数以亿计的晶体管，在高速运算的过程中，确实会产生极高的热量。手机或电脑在满负荷工作时变烫，原因就在于此。而且大家也都有这个常识，一旦芯片过热，就会直接影响计算速度，甚至影响寿命。
行业数据表明，一座数据中心每年耗电量本就相当惊人，而散热就消耗其中的40%。
目前的数据中心有两种主流散热方式，第一种是风冷，第二种是液冷。
风冷的模式下，芯片表面会加装由铝或铜等高导热金属制成的冷板。高导热性意味着冷板升温降温都非常快，可以高效地吸收芯片产生的热量。
（散热是数据中心的共同难题）
同时，数据中心会通过空调设备制造出大量冷空气，利用强力风扇将其吸入，吸收升温冷板的热量，给后者降温。这样一来，冷板就可以持续帮助芯片散热。而升温的热空气会迅速排出，给新的冷空气腾出空间，自身经过空调设备重新降温为冷空气。
随着人类的芯片越来越强大，风冷渐渐有点力不从心，液冷模式越来越受到重视。
这里的原理很简单。同样是0℃，空气给你带来的冷感和水是完全不同的。对芯片来说，道理也是一样的，液体凭借高于气体的比热容和导热系数，可以更轻松地带走热量。
具体来说，首先同样是给芯片加装冷板，然后利用由矿物油或氟化液制成的冷却液通过管道直接流经冷板，吸收热量。冷却液吸热升温后，再通过热交换器释放热量，循环回去继续给芯片降温。
（液冷渐渐成为散热主流）
但在太空中，一切都变得不一样了。
首先对太空数据中心来说，散热问题的严重性尤为突出。毕竟在地面，如果芯片到寿命了，手动更换就是了。换做AI卫星的芯片出问题，就要重新发射一颗卫星，直接带来成本的飙升，导致整个项目利润下降乃至亏损。
而且，由于太空中几乎没有空气，虽然还是可以通过液冷的方式冷却芯片，但升温后的冷却液该怎么降温，就是个问题了。
很多人觉得，宇宙空间温度接近绝对零度，散热不是很容易吗？
实际上恰恰相反，如果宇宙空间容易吸收热量，也不至于温度如此之低。
（太空不利于散热）
温度的传导，有三种形式，分别是热对流、热传导和热辐射。
热对流的意思很简单，你将一杯热水倒进一杯冰水里，过一会就变成了温水。比如数据中心用冷空气带走芯片或冷却液的热量，就是利用热对流原理。
热传导也不难理解，冬天的时候手冷，捧着热水杯就会变暖，手和水之间隔着杯，没有对流，升温原理就是传导。冷板吸收芯片热量，就是热传导的作用。
无论热对流还是热传导，都有一个条件，那就是物质之间的直接接触，或者说需要介质。而宇宙空间是高度真空状态，热量无法通过这两种方式传递，只能通过最后一种方式——热辐射。
（太阳通过辐射向地球传递热量）
热辐射的本质，是通过电磁波的方式将能量释放出去，同时接触到下一个物体时转化为热能，实现温度传递。太阳之所以能隔着1.5亿公里将地球升温，靠的就是辐射。
但热辐射的降温效率是非常低的，根据高中物理中的斯特藩-玻尔兹曼定律可知，热量通过辐射传递的速度，取决于两个物体之间的温差和辐射体的表面积。
诚然，太空接近绝对零度的温度，确实可以大幅提高数据中心的散热效率，但也只是和其他环境下的辐射散热相比。如果和另外两种形式相比，仍然效率低下。
马斯克给出的解决方案，是打造了一个面积达110平方米的巨大散热系统。其散热方式显然不能采用风冷，而是只能采用液冷。其AI卫星采用双面辐射的方式，两面散热，提高辐射效率。
（马斯克AI1卫星概念图）
另外，SpaceX还可能采取一些辅助手段来提高散热效率，比如调整卫星方向，避免被太阳照射导致进一步升温；表面涂覆高发射率、低吸收率材料，提高散热能力……
即便如此，这些努力恐怕也都是杯水车薪，其散热效率依然很难得到保障。至少就人类目前已知的技术而言，恐怕难以承担起足够强大的算力。
美国科技公司Starcloud曾估计，一平方米双面辐射器在20°C左右的辐射功率仅有约633瓦，不足地面数据中心液冷散热的1/1000。即便马斯克的卫星散热面积达110平方米，算下来也才不到70千瓦。而根据他的说法，AI1卫星的平均功率有120千瓦，峰值达150千瓦，仅靠散热似乎还有点困难。
（黄仁勋也提及过太空散热问题）
因此，英伟达CEO黄仁勋此前就提出，冷却系统将是太空数据中心面临的最大困难之一。如今周鸿祎也提出类似观点，可谓英雄所见略同。
周鸿祎认为，早期的太空算力，很有可能负责提供在轨边缘计算，也就是把传统卫星拍摄的地球图像粗筛一遍，提高下行数据的效率，而非一肩挑地完成全部计算任务。
但另一方面，马斯克在商业航天领域的成功，也让我们不得不思考，其勇于尝试的背后是否真的有潜在的可行性。毕竟上面提到的理论散热功率和AI1卫星设计功率差得不太多，或许经过适当调整，就能够达到预期效果。而且，马斯克宣称其卫星的散热功率高达每平方米1400瓦，是Starcloud估算的十几倍，或许他们还有更加先进的理念。
（星舰将承担起太空数据中心的发射任务）
总之，人类的科技进步，归根结底是建立于一次次对不可能的挑战之中。如果仅仅因为有困难就放弃，恐怕我们今天还在农业时代。而在马斯克这样的先行者尝试之下，人类早晚能够探索出符合太空数据中心的发展之路。到那个时候，人类的算力将会得到极大解放。#算力上太空散热问题如何解决#
发布于：江苏
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