indigo
3周前
Elon 说三年内要在太空上建造数据中心,估计这是为了给 SpaceX IPO 之后的故事画一个新的大饼。让 Gemini DeepThink 设计了一个太空中的散热方案,同时和地面上的数据中心做了个成本对比! “真空绝热”这一最大难题,传统的被动散热板对于高密度 AI 算力完全不够。“晨昏·热泵”主动辐射系统 (Dawn-Dusk Active Thermal Loop)是一套结合了轨道力学与主动热力学的极致散热方案,也是一个典型的 AI 平均主义设计😆 1. 轨道策略:晨昏线太阳同步轨道 - 设计核心: 在解决散热前,先通过轨道选择解决“能源”和“温差”问题; - 原理: 将数据中心部署在地球的晨昏线(白天与黑夜交界处)轨道上; - 效益: 卫星可实现24小时持续日照(无需携带沉重的电池组),同时散热面可以永久背对太阳,只面向零下270℃的深空背景,这是提升散热效率的几何基础; 2. 核心吸热:双相浸没式液冷 - 设计: 服务器主板完全浸没在绝缘介电液(如工程氟化液)的加压舱中。 - 原理: 利用液体沸腾汽化带走热量。相变潜热的吸热效率极高,且液体本身就是一层优秀的中子/质子辐射屏蔽层,一举两得。 3. 热力增强:磁悬浮离心热泵 (Centrifugal Heat Pump) —— 方案的关键创新 - 痛点: 辐射散热公式是 $P \propto T^4$(温度的 4 次方)。如果直接排放 60°C 的热量,辐射效率很低,需要巨大的散热板; - 设计: 在回路中加入压缩机,主动消耗一部分电力,将汽化后的工质蒸汽压缩升温至 100°C - 120°C。 - 物理依据: 虽然多消耗了电力,但将辐射体温度从 330K提升到 390K,辐射效率提升了约 2 倍。这意味着可以将昂贵且沉重的散热器面积缩小一半,这是大幅降低发射成本的关键。 4. 散热终端:折叠式石墨烯“脉动”辐射翼 - 材料: 采用柔性石墨烯复合膜,导热率是铜的 5 倍,重量仅为塑料级别。 - 结构: 发射时像折扇一样收拢,入轨后展开为数百平方米的阵列。 - 流道: 内部嵌入脉动热管(Oscillating Heat Pipe),利用工质压力波推动循环,无机械运动部件,可靠性高。 - 涂层: 表面喷涂Vantablack(碳纳米管黑体),发射率接近 1.0,最大化向深空排热。 为了直观对比,我们设定建设一个 1兆瓦算力规模的数据中心(约支持 50 个高密度 AI 机柜),运营周期 5年。 1. 地球表面数据中心成本 - 基础设施 (CapEx):约 $1,500万美元,包含土地、机房建设、电力设施、精密空调。 - IT硬件 (CapEx):约 $2,000万美元,高性能 AI 服务器集群。 - 运营电费 (OpEx):约 $500万美元,按工业电价 $0.10/kWh 计算,1MW 跑 5 年(含 PUE 损耗)。 - 其他运维:约 $300万美元(人员、安保、水冷用水)。 地球端总成本 (TCO): 约 $4,300 万美元。 2. 太空数据中心成本 我们需要把多少东西送上去? 质量估算: 1MW IT 设备(20吨) + 太阳能阵列(30吨) + 散热与结构(30吨) + 屏蔽冗余(20吨) ≈ 100吨。由于采用了“晨昏轨道”策略,省去了约40吨的电池重量。 场景A:当前发射价格 (猎鹰9号 Falcon 9) 发射成本:~$2,500/kg 发射费:100,000 kg × $2,500 = $2.5亿美元 硬件费:需抗辐射加固和3倍冗余,约 $6,000万美元 总成本:>$3.1亿美元(是地球的 7 倍,完全不可行) 场景B:星舰 (Starship) 成熟时代(未来) 发射成本:目标降至 ~$100/kg。 发射费:100,000 kg × $100 = $1,000万美元 硬件费:$6,000万美元(硬件成本依然高,因为无法维修,必须堆冗余) 运营费:$0 (太阳能免费,无人值守) 总成本:约 $7,000 万美元 总结:即便在 SpaceX 星舰发射成本极低的情况下,由于硬件无法维修(导致的高冗余成本)和散热系统的复杂性,太空数据中心的成本目前仍高于地球🚀
indigo
4周前