“太空與網(wǎng)絡(luò)”重磅推出《AI+商業(yè)航天》系列專(zhuān)題

本文是“星上AI芯片”子專(zhuān)題的第三篇

中國(guó)星上AI芯片，必須走自己的路

芯片是骨架、生態(tài)是血肉、時(shí)機(jī)就是窗口——三個(gè)戰(zhàn)略判斷決定中國(guó)能否在太空計(jì)算時(shí)代抓住主動(dòng)權(quán)

文 | 老譚

Executive Summary

前兩篇梳理了國(guó)外星上AI芯片的全景案例和產(chǎn)業(yè)邏輯。本篇提出三個(gè)核心戰(zhàn)略判斷，并轉(zhuǎn)化為不同角色的行動(dòng)建議。

① 星上AI芯片不是"加分項(xiàng)"而是"生存項(xiàng)"——沒(méi)有星上AI處理能力，大規(guī)模衛(wèi)星星座將陷入數(shù)據(jù)洪流無(wú)法自拔，運(yùn)營(yíng)成本會(huì)因通信瓶頸而不可持續(xù)。

② 國(guó)產(chǎn)替代的策略不是"追制程"而是"找差異"——太空不需要3nm制程，28nm以上的成熟制程加輻射加固設(shè)計(jì)，恰恰是中國(guó)半導(dǎo)體可以發(fā)力的路線(xiàn)。

③ 從"造芯"到"造生態(tài)"——只做芯片不夠。芯片是骨架，星上AI框架、在軌更新工具鏈、應(yīng)用市場(chǎng)——三者構(gòu)成真正的競(jìng)爭(zhēng)力。

為什么要在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)重視星上AI芯片

前兩篇文章呈現(xiàn)了一個(gè)基本判斷：星上AI芯片正在從"實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證"走向"工程化部署"。Loft Orbital的TPU在軌跑了200天，英偉達(dá)正在開(kāi)發(fā)"太空級(jí)Jetson"，AMD的Versal AI Edge通過(guò)了輻射認(rèn)證——這些不是遠(yuǎn)景，是當(dāng)前正在發(fā)生的產(chǎn)業(yè)事實(shí)。

與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)的情況需要正視。中國(guó)航天器上搭載的AI處理能力接近零。少數(shù)在軌實(shí)驗(yàn)——如某低軌衛(wèi)星搭載的AI識(shí)別模塊——仍停留在技術(shù)驗(yàn)證階段，距離真正成為衛(wèi)星的標(biāo)配能力還有很大差距。根據(jù)公開(kāi)資料，據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，美國(guó)在星上AI領(lǐng)域已有多個(gè)在軌驗(yàn)證任務(wù)，中國(guó)相對(duì)較少。差距是客觀(guān)存在的。

但差距不等于絕境。星上AI芯片的產(chǎn)業(yè)格局尚未定型。輻射加固芯片的設(shè)計(jì)方法、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、供應(yīng)鏈布局——這些都還在快速演進(jìn)中。據(jù)業(yè)內(nèi)判斷，窗口期可能還有2-3年。現(xiàn)在是布局的最佳時(shí)間點(diǎn)，不是最早，但肯定還不算晚。

戰(zhàn)略判斷一：星上AI芯片是"生存項(xiàng)"，不是"加分項(xiàng)"

事實(shí)基礎(chǔ)。中國(guó)近地軌道衛(wèi)星計(jì)劃——無(wú)論是國(guó)家星座還是商業(yè)星座——在未來(lái)十年內(nèi)將達(dá)到數(shù)千到上萬(wàn)顆。每顆衛(wèi)星每天產(chǎn)生從幾十GB（光學(xué)）到TB級(jí)（SAR）的數(shù)據(jù)。現(xiàn)有星地通信能力——Ka波段據(jù)估算約5-10Gbps的下傳速度——面對(duì)海量數(shù)據(jù)缺口嚴(yán)重。如果所有數(shù)據(jù)全部下傳后在地面處理，需要的地面站時(shí)間、存儲(chǔ)能力、傳輸帶寬和人工分析成本將高到不可承受。

唯一的出路是在軌處理。據(jù)估算，在軌AI處理可以將需要下傳的數(shù)據(jù)量減少到原來(lái)的約5-10%。一顆SAR衛(wèi)星據(jù)估算每天產(chǎn)生約500GB原始數(shù)據(jù)，AI芯片在軌完成目標(biāo)檢測(cè)和變化識(shí)別后，只下傳目標(biāo)區(qū)域的小尺寸裁剪圖——每天下傳數(shù)據(jù)據(jù)估算可降至20-30GB。這不是錦上添花，是規(guī)模化運(yùn)營(yíng)的前提。

中國(guó)的現(xiàn)實(shí)。國(guó)內(nèi)商業(yè)遙感公司目前的運(yùn)營(yíng)模式：衛(wèi)星拍照 → 數(shù)據(jù)下傳到地面站 → 人工或半自動(dòng)處理 → 產(chǎn)品交付。這個(gè)模式在天級(jí)重訪(fǎng)、單星運(yùn)營(yíng)的場(chǎng)景下是可行的。但當(dāng)星座規(guī)模擴(kuò)大到數(shù)百顆衛(wèi)星，重訪(fǎng)頻次提升到小時(shí)級(jí)甚至分鐘級(jí)時(shí)，這個(gè)模式的成本就會(huì)指數(shù)級(jí)爆炸。

行動(dòng)框架：星上AI從驗(yàn)證到標(biāo)配的路徑

第一階段：演示驗(yàn)證（1-2年）。選擇一顆在軌衛(wèi)星，加裝AI加速模塊（可選用COTS芯片+屏蔽方案），跑通至少一個(gè)在軌推理用例（如SAR圖像云檢測(cè)、光學(xué)影像船只識(shí)別）。目標(biāo)：驗(yàn)證COTS芯片在輻射環(huán)境中生存能力，積累容錯(cuò)軟件經(jīng)驗(yàn)。

第二階段：工程部署（2-4年）。下一代衛(wèi)星型號(hào)將AI芯片作為可選配置。建立星上AI的硬件接口標(biāo)準(zhǔn)（供電、空間總線(xiàn)、散熱接口），使不同廠(chǎng)商的AI加速器可以互換。目標(biāo)：至少10顆星的在軌AI部署經(jīng)驗(yàn)。

第三階段：規(guī)模化標(biāo)配（4-6年）。所有新造衛(wèi)星標(biāo)配AI處理能力。國(guó)產(chǎn)輻射加固AI芯片進(jìn)入量產(chǎn)，星上AI框架成熟，在軌OTA模型更新常態(tài)化。目標(biāo)：星上AI從"演示功能"變?yōu)樾l(wèi)星的"標(biāo)配功能"。

? 不這么做的風(fēng)險(xiǎn)

如果國(guó)內(nèi)衛(wèi)星星座不標(biāo)配AI處理能力，以下景象將真實(shí)上演：數(shù)十顆至上百顆衛(wèi)星持續(xù)向地面下傳海量數(shù)據(jù)，地面站接收窗口爭(zhēng)搶激烈，數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)和計(jì)算成本快速膨脹，而最終用戶(hù)等待的"決策結(jié)果"仍然需要數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天才能交付出——用戶(hù)滿(mǎn)意度將快速下降，商業(yè)遙感的規(guī)模化收入模型將無(wú)法成立。

戰(zhàn)略判斷二：成熟制程+輻射加固是中國(guó)芯片的差異化賽道

為什么不是先進(jìn)制程。太空環(huán)境對(duì)芯片的要求——抗輻射、低功耗、長(zhǎng)壽命——和地面是不同的優(yōu)化目標(biāo)。據(jù)業(yè)內(nèi)分析，在太空中，28nm和3nm制程的芯片受輻射影響的概率差異可能不大——先進(jìn)制程的晶體管更小、氧化層更薄，對(duì)單粒子效應(yīng)可能反而更敏感。太空AI芯片的性能瓶頸不在制程，而在輻射加固設(shè)計(jì)。

中國(guó)半導(dǎo)體在這個(gè)賽道上的優(yōu)勢(shì)。28nm及以上成熟制程正是國(guó)內(nèi)代工廠(chǎng)（中芯國(guó)際、華虹等）的優(yōu)勢(shì)區(qū)間。輻射加固不依賴(lài)極紫外光刻（EUV）——不需要7nm以下先進(jìn)設(shè)備。這意味著太空級(jí)AI芯片的制造可以完全繞開(kāi)先進(jìn)工藝的約束。這是一個(gè)重要的戰(zhàn)略判斷：衛(wèi)星AI芯片是中國(guó)半導(dǎo)體可以"另辟蹊徑"攻下的一個(gè)堡壘。

現(xiàn)狀盤(pán)點(diǎn)和機(jī)會(huì)領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)在航天級(jí)芯片領(lǐng)域已有一定積累——控制類(lèi)MCU有國(guó)產(chǎn)品牌，DSP和FPGA有替代產(chǎn)品，宇航級(jí)存儲(chǔ)器有供應(yīng)商。但AI推理芯片的太空化基本是空白。以下三個(gè)方向最值得聚焦：

方向一：輻射加固的NPU/AI加速器。將已有的AI處理器IP（如寒武紀(jì)的NPU、地平線(xiàn)的BPU）進(jìn)行輻射加固改造，目標(biāo)參數(shù)：60krad(Si)以上輻射總劑量，LET >40MeV·cm2/mg的抗單粒子效應(yīng)能力，INT8推理性能 >4TOPS，功耗控制在10W以?xún)?nèi)。

方向二：星上FPGA+AI協(xié)處理器SoC。基于國(guó)產(chǎn)FPGA（如復(fù)旦微電子、紫光同創(chuàng)）擴(kuò)展AI加速引擎，形成"FPGA負(fù)責(zé)信號(hào)處理+AI引擎負(fù)責(zé)推理"的異構(gòu)方案。SAR數(shù)據(jù)處理天然需要這種組合。

方向三：面向SAR和光學(xué)遙感的多模態(tài)AI芯片。不同傳感器需要的AI計(jì)算模式不同——SAR需要大量向量運(yùn)算，光學(xué)需要高精度矩陣運(yùn)算。一顆芯片同時(shí)高效支持兩種模態(tài)的推理，是差異化競(jìng)爭(zhēng)的出發(fā)點(diǎn)。

行動(dòng)框架：航天院所+半導(dǎo)體公司+高校聯(lián)合攻關(guān)

建議組織方式：由一家航天總體所提出需求規(guī)格和考核指標(biāo)，一家國(guó)內(nèi)芯片設(shè)計(jì)公司負(fù)責(zé)輻射加固IP和SoC設(shè)計(jì)，一家高校實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)輻射效應(yīng)測(cè)試和驗(yàn)證。三方聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，目標(biāo)18個(gè)月內(nèi)出工程樣片。

建議路徑：不要從頭設(shè)計(jì)——從已有的國(guó)產(chǎn)AI處理器IP出發(fā)，做輻射加固改造，而不是重新設(shè)計(jì)一顆芯片。這樣可以將開(kāi)發(fā)周期從3-5年壓縮到1.5-2年。

建議節(jié)奏：第一版走COTS+屏蔽路線(xiàn)在軌驗(yàn)證軟件能力；第二版采用部分加固策略（只在關(guān)鍵模塊做全加固）；第三版實(shí)現(xiàn)全輻射加固AI SoC。每一版都有一倍的性能提升。

? 不這么做的風(fēng)險(xiǎn)

如果國(guó)內(nèi)的星上AI芯片走純COTS路線(xiàn)而不做任何輻射加固，在軌故障率將很高——典型低軌衛(wèi)星壽命5-8年，據(jù)分析，COTS芯片在未經(jīng)加固的情況下，使用數(shù)年后SEU頻率可能顯著增加，長(zhǎng)期TID效應(yīng)可能導(dǎo)致芯片失效。衛(wèi)星是一顆一顆發(fā)射上去的，不能像手機(jī)一樣一年換一次。

戰(zhàn)略判斷三：芯片是骨架，生態(tài)才是血肉

教訓(xùn)：國(guó)內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)歷史上最大的痛點(diǎn)，從來(lái)不是設(shè)計(jì)能力，而是沒(méi)有生態(tài)。國(guó)產(chǎn)CPU有人說(shuō)，國(guó)產(chǎn)GPU有人說(shuō)——芯片做出來(lái)了，沒(méi)有操作系統(tǒng)支持、沒(méi)有編譯器適配、沒(méi)有開(kāi)發(fā)者社區(qū)，結(jié)果芯片賣(mài)不出去。

星上AI芯片如果重蹈這個(gè)覆轍，那么"國(guó)產(chǎn)太空級(jí)AI芯片"將是一個(gè)技術(shù)上的成就、商業(yè)上的失敗。只做芯片不做生態(tài)，芯片就會(huì)成為"通用件"，被定價(jià)壓制。

參考Loft Orbital的"Cockpit"平臺(tái)生態(tài)，一個(gè)完整的星上AI平臺(tái)應(yīng)該包括三層：

芯片層：輻射加固AI SoC——硬件能力的基礎(chǔ)。

平臺(tái)層：星上輕量化推理引擎。占用存儲(chǔ)小于10MB，峰值功耗低于5W。支持常見(jiàn)的模型格式（ONNX/TFLite），提供模型加載、推理調(diào)度、結(jié)果輸出、故障恢復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)API。設(shè)計(jì)目標(biāo)：讓一個(gè)不熟悉航天工程的AI工程師能在一天之內(nèi)把他的模型部署到衛(wèi)星上。

應(yīng)用層： 模型倉(cāng)庫(kù)、調(diào)度API和開(kāi)發(fā)者社區(qū)。預(yù)置多組常用模型（云檢測(cè)、水體提取、船只識(shí)別、火點(diǎn)監(jiān)測(cè)等）供用戶(hù)按需選擇。用戶(hù)也可以上傳自己的模型并遠(yuǎn)程部署到在軌衛(wèi)星上。這才是真正的"衛(wèi)星即服務(wù)"。

行動(dòng)框架：三管齊下構(gòu)建星上AI生態(tài)

• 芯片層：聯(lián)合攻關(guān)輻射加固AI SoC（18個(gè)月出樣片）→ 拿到航天級(jí)認(rèn)證（12個(gè)月）→ 小批量試產(chǎn)（6個(gè)月）。總計(jì)約3年。

• 平臺(tái)層：從開(kāi)源推理引擎（如TFLite Micro、Apache TVM）出發(fā)改造為太空版本，增加輻射容錯(cuò)、低功耗調(diào)度、OTA更新支持。建議由軟件基礎(chǔ)較強(qiáng)的單位牽頭，6個(gè)月出第一版。

• 應(yīng)用層：由第一梯隊(duì)商業(yè)遙感公司牽頭開(kāi)發(fā)行業(yè)應(yīng)用模型（水利、林業(yè)、應(yīng)急、農(nóng)業(yè)），形成首批"殺手上行應(yīng)用"。建議政府在型號(hào)項(xiàng)目中預(yù)留"AI應(yīng)用接口"招標(biāo)預(yù)算。

? 不這么做的風(fēng)險(xiǎn)

國(guó)產(chǎn)星上AI芯片開(kāi)發(fā)出來(lái)了，但沒(méi)有配套的推理框架、沒(méi)有OTA更新工具鏈、沒(méi)有開(kāi)發(fā)文檔——結(jié)果衛(wèi)星制造商發(fā)現(xiàn)用海外方案（Xilinx Versal + 現(xiàn)有工具鏈）比用國(guó)產(chǎn)AI芯片更容易集成、更快見(jiàn)效。國(guó)產(chǎn)芯片將淪為備用方案。這正是國(guó)內(nèi)很多航天芯片面臨的困境——芯片有，沒(méi)人用。

誰(shuí)該做什么？分角色行動(dòng)建議

航天總體所 / 衛(wèi)星制造商

立即做：在下一個(gè)衛(wèi)星型號(hào)的技術(shù)指標(biāo)中預(yù)留"AI芯片接口"——包括供電（5-15W預(yù)留）、數(shù)據(jù)總線(xiàn)（SpaceWire或PCIe）、散熱接口。
12個(gè)月內(nèi)：選定一顆AI芯片（可先用COTS方案），完成星載AI在軌驗(yàn)證。
關(guān)鍵指標(biāo)：新造衛(wèi)星AI芯片搭載率 ≥20%。

芯片設(shè)計(jì)企業(yè)

立即做：評(píng)估自家AI處理器IP的輻射加固改造可行性。重點(diǎn)：存儲(chǔ)單元ECC保護(hù)、邏輯三模冗余、SOI工藝切換。
12個(gè)月內(nèi)：完成至少一個(gè)IP的輻射加固設(shè)計(jì)，提交代工廠(chǎng)流片（實(shí)驗(yàn)批）。
關(guān)鍵指標(biāo)：輻射測(cè)試TID >30krad(Si)，無(wú)誤碼。

商業(yè)航天公司

立即做：在當(dāng)前可用的在軌平臺(tái)上跑一個(gè)AI PoC——哪怕是地面測(cè)試后再上傳到星上進(jìn)行驗(yàn)證。先跑通一個(gè)用例再說(shuō)。
12個(gè)月內(nèi)：實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)在軌AI用例的常態(tài)化運(yùn)行（不間斷服務(wù)超過(guò)30天）。
關(guān)鍵指標(biāo)：在軌推理服務(wù)化（非演示性）≥1個(gè)月。

投資人與政策制定者

立即做：將星上AI芯片列入國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃或航天強(qiáng)國(guó)專(zhuān)項(xiàng)。為芯片設(shè)計(jì)+航天集成的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)設(shè)立專(zhuān)項(xiàng)基金。
12個(gè)月內(nèi)：確定至少2個(gè)聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)并立項(xiàng)啟動(dòng)。
關(guān)鍵指標(biāo)：財(cái)政支持力度≥5億元，帶動(dòng)社會(huì)資本≥15億元。

結(jié)語(yǔ)

星上AI芯片的賽道，看起來(lái)很小——全球十年后不到3億美元的細(xì)分市場(chǎng)。但它的戰(zhàn)略?xún)r(jià)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其市場(chǎng)規(guī)模。因?yàn)樗翘战?jīng)濟(jì)的"基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)設(shè)施"——沒(méi)有它，衛(wèi)星星座的AI能力就無(wú)法落地；沒(méi)有它，從"賣(mài)數(shù)據(jù)"到"賣(mài)決策"的商業(yè)模式轉(zhuǎn)型就是一句空話(huà)。

第一篇我們看了國(guó)外在做什么——TPU、Jetson、Versal AI Edge已經(jīng)上天驗(yàn)證。第二篇我們拆解了產(chǎn)業(yè)邏輯——供給缺口、價(jià)值鏈分配、資本信號(hào)。第三篇我們給出了行動(dòng)建議——從"等待"到"行動(dòng)"，從"進(jìn)口"到"自研"，從"做芯片"到"造生態(tài)"。

最后說(shuō)幾個(gè)數(shù)字作為結(jié)語(yǔ)：據(jù)行業(yè)預(yù)測(cè)，全球星上AI芯片的市場(chǎng)規(guī)模到2034年可能在數(shù)億美元級(jí)別，但它支撐的上游應(yīng)用市場(chǎng)（衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)+航天AI平臺(tái)）規(guī)模據(jù)估算可能在百億美元級(jí)別。如果你只做芯片，你看的是3億的市場(chǎng)；如果你做芯片+生態(tài)+應(yīng)用，你看的是100億的機(jī)會(huì)。選擇尺度，就是選擇格局。

“星上AI芯片”子專(zhuān)題：?國(guó)外在干什么— 全球星上AI芯片全景案例? 背后是什么生意 — 產(chǎn)業(yè)邏輯與經(jīng)濟(jì)賬?我們?cè)趺崔k — 對(duì)國(guó)內(nèi)決策者與投資者的行動(dòng)啟示（本篇）

關(guān)聯(lián)主系列：主系列《AI+商業(yè)航天》— / /

子系列《星上AI芯片》— 算力升空的硬核戰(zhàn)場(chǎng)

>End

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充滿(mǎn)激情的新時(shí)代，

充滿(mǎn)挑戰(zhàn)的新疆域，

與踔厲奮發(fā)的引領(lǐng)者，

卓爾不群的企業(yè)家，

一起開(kāi)拓，

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共同打造更真品質(zhì)，

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——《太空與網(wǎng)絡(luò)》，觀(guān)察，記錄，傳播，引領(lǐng)。

·《衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)》創(chuàng)始人：劉雨菲

·《衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)》副社長(zhǎng)：王俊峰

·微信公眾號(hào)（ID：satnetdy）團(tuán)隊(duì)

編輯：艷玲、哈玫，周泳、邱莉、黃榕、娜娜

主筆記者：李剛、魏興、張雪松、霍劍、樂(lè)瑜、稻子、趙棟

策劃部：楊艷、若?、李真子

視覺(jué)總監(jiān)：董濘

專(zhuān)業(yè)攝影：馮小京、宋偉

設(shè)計(jì)部：顧錳、潘希峎、楊小明

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