11月2日,马斯克在X上跟乌得勒支大学的哲学教授Jan Broersen吵了一架。教授说,真空是最好的隔热层,太空里只能靠辐射散热,太空数据中心这辈子都看不到。微博
马斯克随后补上数字:背对太阳的铝散热板,每平方米能散1300瓦。 答案很直接:靠一块大面积、可展开的液冷散热板,把芯片的热量以红外辐射的形式射向深空。IT之家
深空的背景温度约3K,接近绝对零度。但温度低不等于散热容易。传导要有东西接触,对流要有流体流动;真空里两样都没有。芯片的热量没法靠风或水带走,只能先传给散热板,再由板子辐射出去。
辐射功率跟绝对温度的四次方成正比,板子越热,单位面积散得越多。
按斯特藩-玻尔兹曼定律,假设散热板有高发射率涂层(0.9)、双面辐射,板面约63℃时,每平方米约1.3千瓦。这个数,和马斯克说的1300瓦对得上。
卫星用掉的电,最后几乎都变成热。太阳能板在太空的功率密度约250瓦/平方米。 1300除以250,约等于5.2;所以同样一度电,散热板面积只要太阳能板的五分之一。微博
SpaceX 6月公布的AI1初代方案,翼展70米,峰值计算载荷150千瓦。 它的太阳能板面积约600平方米,是按250瓦/平方米算出来的。新浪科技
散热器是110平方米的可展开液冷板。 110乘1.3,约143千瓦,和150千瓦的峰值基本对得上。微博
但“能散”不等于“好散”。散热板要避开太阳。背对太阳是一种办法;AI1的板子干脆侧着,像刀锋一样与阳光平行,两面都能向外辐射。低轨上还要躲开地球的红外辐射。
热量先从芯片进入液冷回路,再送到散热板;泵、管路、展开机构、微流星防护层,都要算进重量。
AI1的散热板不到太阳能板的五分之一,但它的翼展已经到70米,接近一架波音747。
用热泵把散热板烧得更热,确实能缩小面积;但热泵要耗电、增重,在太空,每多一公斤都要用火箭送上去。
SpaceX的目标是2027年底前做到每年约1吉瓦的太空算力。 按1300瓦/平方米算,散热板摊开约0.77平方公里,太阳能板约4平方公里。新浪科技
它不打算造一块巨板,而是把算力拆成几千颗卫星;按每颗150千瓦算,大概要六七千颗。
所以,教授和马斯克各说对了一半。教授对的地方是:真空确实是隔热层,没有对流,散热只能靠辐射;这是太空数据中心最硬的约束之一。
马斯克对的地方是:辐射不是“效率低到不可行”。只要面积够大、温度够高、朝向对,1300瓦/平方米是可以做到的。
但1300瓦/平方米目前仍是设计目标,不是在轨实测。微博
黄仁勋的说法更谨慎:太空没有空气流动,需要相当大的散热器。IT之家
奥尔特曼认为,现在把数据中心放上太空“很荒谬”,但长远看仍可能成立。 他补了一句:本十年内,轨道数据中心不会大规模应用。微博
谷歌的Suncatcher原型星已经在轨。它带了4颗TPU、约1千瓦,受供电限制一次只开一颗、约20分钟;热应力和辐射测试才刚开始。36氪
这就是太空散热的真实处境:物理上可行,工程上很重,经济上还没算赢。太空不是“天然冰箱”。它是一个有冷源、没有冷媒的地方;热量不会自己消失,只能被一块足够大的板子“发射”出去。
马斯克的1300瓦,不是答案的全部,但至少把问题从“不可能”拉回了“要多大面积、多少重量、多少钱”。