SoC星上算力（星载边缘计算载荷）
的应用场景方案与在轨实验计划介绍

汇报人：何隆基

内容目录

  • 背景与契机：为什么我们需要星载边缘计算？
  • 核心优势：OgARM-工业级SoC芯片的SWaP-C破局点
  • 应用场景：三大核心星上AI应用方向
  • 系统方案：软硬件一体化设计与部署策略
  • 落地规划：从实验室验证走向星载加固

背景与契机：星上算力的演进

  • 传统模式痛点：卫星仅作为“数据采集器”，海量图像需经受限X频段传回，包含大量全云遮挡等无效信息，极度浪费带宽资源。
  • 核心发展趋势：商业航天快速演进，卫星正经历从单纯的“遥控风筝”向具备自主规划决策的“太空智能体”跨越。
  • 国产替代契机：星载智能处理单元正大量向具备强算力、高能效比的国产 OgARM-工业级SoC 迁移，彻底打破对海外高功耗GPU平台的依赖。

核心优势：OgARM-工业级SoC的SWaP-C破局点

OgARM-工业级SoC完美契合低轨卫星对 SWaP-C（尺寸、重量、功耗和成本）的严苛要求：

强悍且稳定的算力

采用多核架构与独立NPU设计，综合算力6~7 TOPS，三核NPU支持协同并发，完美承载视觉与语言多模态模型的端侧运行。

极致的能效与功耗

多路推流并发的极限压测下，实测P50/P95/P99功耗死死咬合在8W-15W之间，无突发功率尖峰，保障严苛的星上电力配额。

多模态硬解码能力

具备新一代图像信号处理(ISP)与强大的8K级别视频编解码硬件加速单元，专为多路高分辨光学遥感相机载荷而设计。

场景一：星上遥感图像实时目标检测

运作机制与成效：星上直接挂载多路高分辨率相机，实时运行YOLO视觉模型。可剔除全云遮挡，精准捕捉舰船飞机等目标，仅下发目标类型及KB级切图，下行数据量骤降90%~99%以上。

YOLO视觉模型单帧推理延迟 (高并发实测)

P50 延迟
15 ms
P95 延迟
18 ms
P99 延迟
20 ms

极低的长尾延迟（P99 < 20ms）保障处理帧率稳稳跑满，远超星载相机20~30 FPS基线，实现“帧级”秒响应。

场景二：星载大语言模型与自主决策

OpenClaw（太空龙虾）星载智能体

运作机制与成效：依托大内存与多核调度，在端侧本地化部署量化后的小参数大模型(1.5B-7B)。搭载 OpenClaw（太空龙虾），使卫星可直接解析地面发来的模糊语义指令，自主规划观测路径和规避动作，真正成为具身智能体。

大模型端侧生成速率 (tokens/s)

P50 速率
20 tokens/s
P95 速率
15 tokens/s
P99 速率
12 tokens/s

P99兜底速率达到 12 tokens/s，确保 OpenClaw 在面对轨道异常等突发空间事件时，能够极度流畅地输出研判决策。

星联网与IoT数据聚合

在轨数据聚合提纯

低轨通信卫星作为太空基站，负责收集海面和地面离散的物联网终端数据。

利用星载边缘计算平台，在太空中直接对高精度传感器与水文数据进行AI特征提取与清洗过滤。

处理后的高价值数据通过星间或星地链路高效同步，大幅降低下行链路冗余，提升系统整体吞吐效率。

系统方案：软硬件一体化设计

软件模型部署 (极致榨干算力)

  • 混合精度量化：引入INT4/INT8/FP16等混合运算技术，使模型体积大幅缩小，完美适配有限的星载存储，并显著提升MAC利用率。
  • 多核NPU并行调度：通过高效的多线程池调度系统，让SoC内部的3个NPU核心实现独立分配或协同运转，无缝支撑多路并发。

硬件平台部署 (高可靠载体)

  • 基础框架跃升：摒弃脆弱的消费级开发板，全面采用我司自研的 OgARM-工业级SoC 边缘计算核心板作为基础模块。
  • 星际总线对接：预留并提供丰富的外部总线接口 (GPIO、CAN、RS422等)，无缝对接卫星本身的姿控矩阵与星务计算机系统。

当前进度与后续落地实施路径

【当前里程碑】：实验室环境算法验证期（已完成）

  • 目前已在地面标准开发板上成功跑通遥感视觉模型及端侧大模型的转换与部署流程。
  • 实测帧率、功耗与多路推理表现均达到预期设计指标。

【下一步攻坚】：星载加固与容错设计期（即将开展）

由于太空环境存在严峻的单粒子翻转（SEU）和总剂量效应（TID）挑战，后续落地步骤如下：

  • 元器件升级： 联合商业航天硬件供应商，采用宽温级芯片进行底板定制。
  • 硬件级加固： 增加物理屏蔽、三防漆涂层等抗辐照加固措施。
  • 软件级容错： 增加看门狗软重启机制，以从容应对太空高能粒子撞击导致的偶发性系统宕机。
  • 星上在轨测试： 载荷发射并完成星上在轨测试，模拟完整星上计算结果发送到地面信关站全流实验。
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