北邮教授王尚广：让更多人能同时使用卫星计算

5月17日消息，由搜狐主办的2023搜狐科技峰会17日上午在北京开幕。峰会下午，北京邮电大学计算机学院副院长、网络与交换技术国家重点实验室副主任、北邮一号卫星总负责人王尚广以《星耀背后的探索与坚守: 以天算星座为例》为主题进行演讲。

他认为，如今地上的计算，超级计算机、大型计算机，包括手机、小的计算单元蓬勃发展，但是天上的计算任重道远。国内外一直在卫星方面做研究，中国是后起之秀，但存在体制机制和技术创新突破两方面隐忧，地面站也很少。

“所以我们构建了一个天算星座，目前定位面向国家需求，瞄准国际前沿，立足产学研用，争创国际领先，最终服务人类社会。” 王尚广表示，希望通过天算星座能够提供一个新的渠道或途径，让更多的人能够同时使用卫星计算。

以下为王尚广演讲全文：

我今天分享的是星耀背后的探索与坚守，我们知道地上的计算蓬勃发展，超级计算机、大型计算机，包括手机、小的计算单元蓬勃发展，但是天上的计算任重道远。

比如说天上的卫星发现一个目标，按照传统的方式传到地面站，结果下达再处理，再让卫星做识别的时候，目标已经走了，最简单的是在天上发现目标，在天上计算，把结果传回来，经纬度传过来，直接把指令发过去，让卫星实时的对目标可以做一个跟踪。

天上计算指的是小计算吗？不是，还有更大的远景。比如说微型计算的广泛性，提升人类的生存质量，说一个例子，联合国教科文组织预测，要到2025年实现全球75%的人自由访问网络，在其他很多国家，比如说南美、东南亚、非洲很多上网是困难的。

另外是维护人类健康发展，也需要卫星，不管是碳中和还是救灾，还是未来拓展人类的生存空间，我们都知道现在地球上，600年的欧洲一样，开展星际大航海，卫星在里面发挥重要的作用。

国内外一直在卫星方面做研究，美国在这方面是一枝独秀，但是独秀不可怕，可怕的是它满天开花，亚马逊、黑杰克各种系统都有，英国紧随其后，多国仍在奋斗。中国是后起之秀，星网更进一步，民营航天发展迅速，后起之秀存隐忧，一种是体制机制，一种是技术的创新突破。

地面站我们国家也很少，在技术方面怎么突破呢？突破遇到很多问题，我们比如说天上多张网，地上一张网，协议体制多样，管理多样，导致网网不同，传统的傻星、智星、呆星。星上不够算，地上算不及，数据到地难到达，算算失衡。

卫星计算破除三个条战，算在何方呢？星上计算，星间计算、星地计算、占地计算，算难不难？难。星上计算多受限，卫星的成本不贵，但是卫星的发射成本很贵，市场报价一公斤20万。

另外一个空间受限，不像地面，直接摆个服务器就可以了，算力受限，第三能源受限，不像地面上随便用。因为太阳能发电。

第三，空间算力能源都解决之后，你会发现散热散不出去，算力起来了，但是散热散不出去，它没有空气，立马降下来了。星间计算多频发，时空连通动态性。

站地计算融合难。地面任务很难协同，但是千难万难都不难，真实环境最期盼，地上千仿万算，不如地面跑一遍。我们之前做了很多实验，在地面上没问题，到天上出现各种问题。学术界一直呼吁，能不能建一个实验平台，让大家在上面做一些探索，让对卫星感兴趣的，做一些实验分析。

所以我们构建了一个天算星座，目前定位面向国家需求，瞄准国际前沿，立足产学研用，争创国际领先，最终服务人类社会，北邮通信起家，我们有重点任务，有卫星操作系统等等是我们关注的重点任务，目的是建设卫星科研实验云。

我们的开放开源平台，目前的状态是“5星、7站、4发起”：5颗星，一主一辅两边缘，两颗边缘星；7站两个站是我们建立的，一个是华东站，一个是华南站；4发起，我们发起了天算联盟，跟米兰大学，还有国内30多家单位。我们发起了IEEE的国际会议。我们发起了代码上太空竞赛，目的让更多人了解卫星领域，让卫星变得触手可及。

第一，我们做了一个星载5G核心网系统，很荣幸获得了IEEE Satellite卫星技术创新奖，比美国NASA提前近一年实现在轨部署。是不是把核心网放在星上很容易呢？也很难，它有三大挑战：一是两高不对称，高码率，还有带宽不对称，还有高丢包率；第二个是两性乱信令。

第二，我们探索做了一个云原生的卫星计算平台，把卫星改造成为云的平台，目的我们想把卫星做成带翅膀的PC，或者卫星变成带翅膀的服务器，这就是我们的目标。

我们也获得了一系列奖，通过这种云原生边缘计算平台在星上计算，我们能够大幅度的提升在轨识别准确度，同时减少卫星回传的数据量，并且开展了相关科学实验。

我们做的脑机控制卫星，重点不在脑机，而是用非常简单的脑机，就能实现对在轨卫星的控制，它的核心难点还是协议网络的互联互通，通过在互联网在家里面就可以控制卫星。

另外，卫星大家觉得是不是很难？不难，卫星我行你也行，我们看惠州学院计算机，在我们北邮一号就有科研任务，烟台大学计算机在北邮一号也有科研任务，桂林电子计算机学院也有任务，是我们给大家做了实验平台，我们把底层网络通信存储一系列东西把它屏蔽化，提供通用平台，让你在地面上做验证，能够放到天上，所以这是我们北邮一号做的工作。

当前进展，我们做了星地协同联邦学习训练，目的提高在轨识别精确度，还有地面站辅助的遥感影像服务框架。未来工作，我们“一软一硬”，软的是什么？软的我们要做卫星操作系统，基于RUST语言双内核操作系统，今年7月份会上天。硬的是太空服务器，做了2U内提供400通用计算核、打造300TOPS算力。

太空服务器是什么？我们把50台SOC芯片连在一起做计算，手机的计算能力很强，通过轻量级的芯片低功耗来解决星上算力的提升问题。

传统的卫星领域是“三高”，高门槛、高开销、高封闭，我们是“三开”，开放、开源、开心，所以我们天算星座希望通过“三开”对传统的卫星领域“三高”，能够提供一个新的渠道或一个途径，让更多的人能够同时卫星计算，卫星这个领域，为我国在这方面科技提供支撑，同时最终的目的还是服务人类社会。

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