瞄準太陽能吃到飽!Google拋「太陽捕手計畫」:把TPU搬上衛星運算,是更便宜又節能省碳的選擇?
瞄準太陽能吃到飽!Google拋「太陽捕手計畫」:把TPU搬上衛星運算,是更便宜又節能省碳的選擇?

為了在AI競爭中勝出,科技巨頭不惜瘋狂砸錢建設資料中心,但與之而來的電力供給問題,卻潛藏龐大的環保與耗能問題。

針對這個大哉問,Google提出一個腦洞大開的潛力解方 :就是把資料中心搬到衛星上,測試能否能以比地球上更高效的產出算力。 若成功了,就可以一次解決能源供應跟潛在的環保問題。

因此Google於11月初宣佈「太陽捕手計畫」(Project Suncatcher),計劃於2027年初發射兩顆原型衛星,旨在建構由太陽能供電的衛星星座,搭載 Google TPU,並以 自由空間光學鏈路在近距編隊中互連,形成類資料中心級的高頻寬、低延遲分散式 ML 計算平台。

Google執行長桑德爾.皮蔡(SUndar Pichai)近日向《Fox》透露,他們的「登月計畫」之一,就是在太空中建設資料中心,希望運用24小時不間斷的太陽能滿足資料中心的能源需求,「太陽能是我們今天在地球上生產能源的100兆倍以上。」

雖然太空資料中心目前看來似乎是天方夜譚,不過皮蔡認為,「我毫不懷疑10年後,太空資料中心會被視為常態。」

為何在太空上打造算力叢集,比地球上更有優勢?

Google的核心假設是:在合適的近地軌道,太陽能不但更充足、而且幾乎不間斷,讓衛星上的運算叢集也許能以更高能效與更少地面資源成本擴張。具體包括以下仍有待驗證的「假設優勢」:

  1. 更高且更穩定的能源供給
    在適當軌道,太陽能板的產能可比地面高出約八倍,且因接近「持續日照」可大幅減少電池需求與充放電損耗,提升整體能效與運轉占空比。

  2. 以光學互聯實現資料中心級連線
    近距編隊的衛星可用自由空間光學鏈路,透過多通道 DWDM 與空間多工取得「數十 Tbps」等級的互連頻寬與低延遲,接近地面資料中心的分散式訓練/推論需求,同時避免大規模建置對地面電網與土地的壓力。

  3. 可能的經濟可行性(中長期)
    若發射成本在 2030 年代中期下降到 低於每公斤 200 美元,以每千瓦/年計算的能量成本,太空叢集的「發射+運行」總成本有機會與地面資料中心的能源帳相當,讓以太陽為能的算力擴張具經濟可行性。

  4. 對地面影響更小
    算力與能量採集上太空,能減少對地面資源(電力、土地、冷卻設施等)的直接占用與環境影響,將擴張壓力從地面基礎設施轉移到可模組化的衛星星座。

打造「太空算力叢集」有哪些難點?

依照下圖,Google主張即使低軌衛星彼此距離很近(百公尺到公里級),在「不點火、不修正」的情況下,它們也會在重力作用下沿著固定的相對軌跡「緩慢晃動」與「週期性變化」。

Google太陽捕手計畫
圖中紅點是中心參考衛星 S0,橘色圈是外圍衛星 S1。黑色虛線橢圓勾勒出整個衛星群在不旋轉座標系中的相對軌跡範圍。
圖/ Google

而這種可預測的相對運動,說明群集在近距編隊下能維持穩定,僅需小幅的站位維持(微量推進)就能把衛星間距控制在目標範圍,滿足高頻寬光學互聯的需求。

但話說回來。24小時不間斷的太陽照射,也意味著需要克服散熱問題。同時,衛星之間用光束互聯必須非常準、不抖、不斷線,更不用說一大群衛星要長期維持隊形、互不相撞的難度。

難上加難的是,放在衛星上的TPU與記憶體還要能承受太空粒子和輻射不出錯;最後,還得把大量算出的資料高速、安全地傳回地面,同時整體發射與維運成本要壓得夠低才有經濟意義。

也因為難度高,Google才計畫在2027 年以兩顆原型衛星上軌,驗證上述關鍵技術。

太空算力佈署已成現在進行式

聯合國曾指出,目前一座資料中心的耗電相當於10萬戶家庭用電,而目前部份建設中的巨型資料中心的用電更是前者的20倍以上。聯合國研究估計,2030年時全球資料中心用電可能相當於日本全國的用電量。

正是資料中心巨大的能源需求,太空資料中心的構想不只有Google垂涎。例如OpenAI執行長山姆.奧特曼(Sam Altman)也曾表達過對太空資料中心的想像。

今年7月,奧特曼在Podcast上表示,未來或許人們會把資料中心放到太空中,建造一個巨大的「戴森球」(Dyson Sphere)來滿足資料中心的能源需求。(編按:指建立一個巨大結構包覆恆星,以捕捉恆星絕大部分的能量輸出。)

亞馬遜創辦人傑夫.貝佐斯(Jeff Bezos)近期同樣在一場科技會議上指出,未來幾十年內,太空資料中心的成本會低於地表上資料中心的成本,讓地球環境得以改善。

那本身擁有航太業務、也投身AI領域的馬斯克又是怎麼看?他的看法更為樂觀,在11月的美沙投資論壇上表示,可能5年內在太空中運行資料中心的成本,就會比地表上來得低,「我認為或許4、5年內,成本最低的AI運算方式將是使用太陽能的AI衛星。」

不過,也並非所有人都對太空資料中心這麼樂觀,輝達執行長黃仁勳就認為,太空資料中心目前還停留在夢想階段。

資料來源:Business Insider華爾街日報Tom's hardware

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總統科學獎揭曉!梁賡義院士、葉均蔚院士用創新與堅持,寫下臺灣科學光輝新頁
總統科學獎揭曉!梁賡義院士、葉均蔚院士用創新與堅持,寫下臺灣科學光輝新頁

【總統科學獎】宗旨在於提升臺灣在國際學術界之地位,獎勵數理科學、生命科學、人文及社會科學、工程科學在國際學術研究上具創新性且貢獻卓著之學者,尤以對臺灣社會有重大貢獻之基礎學術研究人才為優先獎勵對象。

2025年11月11日,總統科學獎頒獎典禮於總統府正式舉行。2001年設立、每2年頒發1次的總統科學獎,今年已邁入第13屆,本屆的2位獲獎者,分別是生命科學組的院士梁賡義、工程科學組的院士葉均蔚。2位臺灣的科研泰斗,不僅全心全意投入創新,更樹立了典範,成為所有科研人員的榜樣。

總統賴清德在致詞時,引用諾貝爾和平獎得主曼德拉(Nelson Mandela)的話指出:「在事情完成之前,一切都看似不可能。這說明了2位院士的故事,他們對未知世界保持熱情、好奇,認真從基礎研究做起,並堅持努力到最後一刻,成功終將屬於他們。」

2025年總統科學獎得主,生命科學組 梁賡義 院士(右)、工程科學組 葉均蔚 院士(左)。
2025年總統科學獎得主,生命科學組 梁賡義 院士(右)、工程科學組 葉均蔚 院士(左)。
圖/ 數位時代

梁院士開創廣義估計方程式 ,加速新藥問世,造福千萬病患

從數學跨足生物統計、再投身高等教育與國家衛生的梁院士,從小就喜歡數學的嚴謹,在美國華盛頓大學攻讀博士期間,因為接觸到當時炙手可熱的「存活分析」,進而對生物統計產生興趣,「投入『生物統計』是條不歸路,因為我發現,統計工具的發展,可以對人類健康有間接幫助。」後來,他前往美國約翰霍普金斯大學任教,又與同事Scott Zeger研發出新的統計方法「廣義估計方程式」,突破了傳統分析方法必須假設所有樣本獨立的侷限,讓長期追蹤資料的解讀更嚴謹,也成為全球健康研究不可或缺的工具。

梁院士研究做得出色,卻不只將心力擺在學術上,他更心心念念著臺灣的發展,持續關心高等教育、國家衛生等領域。他在美國任教的28年間,幾乎年年暑假,都返國舉辦研討會,分享國際生物統計和流行病學的新知。2010年,他乾脆辭去教職,回臺擔任國立陽明大學校長,將陽明大學打造成醫學、人文並重的全人大學。

數位時代
賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」殊榮予梁院士。
圖/ 數位時代

2017年,他又接下國家衛生研究院院長一職,並在新冠肺炎爆發期間,擔任中央流行疫情指揮中心研發組組長,與阿斯特捷利康(AstraZeneca)簽約,採購1千萬劑疫苗,完成防疫任務,「所以獲得總統科學獎,不僅是個人的榮耀,更是國家對全人教育的推動、公共衛生實踐,以及任務導向的研究重要性的肯定。能在其中有一些貢獻,我深感榮幸。」

高熵合金之父葉院士,堅持不懈打破材料學定律

被譽為「高熵合金之父」的葉院士,打破材料學界以1~2種主元素為基底的傳統,開創出能讓數十種元素混合的「高熵合金」,為元素週期表注入嶄新生命力,在半導體、智慧機械、綠能科技、國防與生醫等領域帶來突破性的應用。過去合金多以單一金屬為主,再加入少量元素微調性質,金屬種類愈多反而愈脆、延展性與硬度下降,使應用受限;然而高熵合金卻反其道而行,以4、5種以上金屬融合,展現出更佳的延展性、耐腐蝕性與硬度,重新定義合金的可能性。

令人驚訝的是,30年前葉院士提出高熵合金構想時,曾被質疑「觀念錯誤、毫無可能」。他不畏質疑,透過紮實的實驗與論證,於2004年一口氣發表5篇高熵材料論文,為高熵合金命名、定義並奠定理論基礎,後續更平均每年發表逾10篇研究,提出高熵效應、嚴重晶格扭曲效應、緩慢擴散效應與雞尾酒效應等核心概念,開創全新的材料科學典範。

數位時代
賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」殊榮予葉院士。
圖/ 數位時代

如今,高熵合金不只在學界掀起熱潮,更成功落地產業。「學以致用非常重要!」葉院士強調,學術研究不該停留在象牙塔,而應投入產業、協助解決關鍵瓶頸。他不僅與國立清華大學共同成立「高熵材料研發中心」,也創辦全球首家高熵材料公司,推動技術轉移與產業升級,讓高熵合金真正走向世界舞臺。

所有總統科學獎得獎人的科學成就及重要貢獻,不僅提升臺灣學術聲譽及國際競爭力,對於增進人類生活福祉更有深遠的影響,實為臺灣學術界的最高典範。而本屆梁院士、葉院士2位得獎人終身投入科學探索、人才培育的成果,嘉惠了整個社會,更成就跨世代的深遠影響,為臺灣科學寫下光輝一頁。

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