如果未来我们真的要把大量算力搬到轨道上，是否仍然应该先在地球把所有芯片做好，再用火箭一片一片送上去？还是说，某些最适合太空环境的芯片，本来就应该在太空制造？答案可能藏在一颗人造钻石里。

上一篇（刊11月4日B2版）谈到轨道制造时，笔者提出一个概念：重力也是一种成本。我们在地球生活得太久，往往把重力视为理所当然，却很少把它当成工业生产的一个变量。当我们熔化材料、生长晶体的时候，重力一直影响物质如何流动、沉降和凝固。

如果某些材料在微重力环境下可以减少浮力对流和沉降造成的扰动，那么太空制造的意义，就不是把地球上的工厂搬上太空，而是利用地球表面无法提供的环境，制造一些在地面难以制造的东西。

笔者一直认为，讨论人工智能的发展不能只看芯片，因为算力的背面其实是电力。人工智能带来的算力爆发，表面上是一场GPU和先进制程的竞赛，背后同时是一场能源竞赛。大型算力中心需要的不只是芯片，而是庞大的供电、散热、配电、土地及其他基础设施。如果算力需求继续高速增加，限制算力增长的因素，未必只是我们能否制造更多芯片，也包括能否提供足够、稳定而且可以快速扩展的能源。

硅基系统遭遇挑战

这正是“轨道算力”逐渐进入工程讨论的原因。在轨道上，太阳光不需要穿过大气层也到达太阳能板，也没有云层和地面土地用途的限制。这不代表轨道能源是免费的，也不代表任何轨道都可以持续接受阳光，储能、散热、通讯和维修仍然有大量问题需要解决。但是，太空确实提供了一套与地面不同的能源条件。如果算力对电力的需求继续急速增加，把部分算力移到更接近能源来源的地方，本身具有值得研究的逻辑。

可是问题也随之而来：我们准备把算力搬到太空，今天绝大部分高性能的算力芯片，却是为地球环境而设计的。

人类今天的计算世界基本上仍然建立在硅之上。硅基半导体是现代工业最重要的成就之一，数十年累积的制程、设备和庞大供应链，不可能在短时间被其他材料取代。然而，一块适合放在地面数据中心的高性能芯片，并不等于把它装进卫星便可以长期正常工作。

其中一个问题是辐射。太空中的高能粒子可能在电子器件中造成单粒子效应，引起数据翻转甚至器件损伤，因此航天电子需要从器件、电路、冗余和屏蔽等不同层面处理。另一个问题是散热。太空虽然冷，真空却没有空气进行对流散热。芯片产生的热首先要有效传导出去，最后再透过辐射器排走。

所以，把算力搬上轨道并不是换一个地方安装GPU那么简单。短中期当然仍然可以使用经过加固和重新设计的硅基系统，但如果未来真的要建立大规模轨道算力，我们就应该问另一个问题：有没有一种半导体材料，本身更加适合这个环境？这就把我们带到钻石。

钻石拥极高热导率

对大部分人来说，钻石首先是一种宝石，但从材料科学和电子工程角度看，它其实是一种极具工业价值的材料。钻石拥有极高热导率、很高的击穿电场和宽禁带等特性，适合研究高功率、高温等极端环境下的电子器件。近年的研究仍然把N型掺杂及其电学性能视为钻石半导体走向实际应用的重要挑战。

要把钻石变成可控制电流的电子器件，其中一个关键就是掺杂。P型钻石可以利用硼，而N型钻石其中一条重要技术路线，就是把磷掺入钻石晶格。磷掺杂N型钻石并不是今天制造不出来的东西，地面实验室早已利用CVD（化学气相沉积），让磷进入钻石晶格并形成N型导电。近年的研究甚至已经生长出相当厚的磷掺杂钻石层，并从中取得独立的磷掺杂钻石片。真正的问题，是怎样把这种材料制造得更加容易控制、更均匀、更高品质和更具规模，最终满足成熟电子器件的要求。

而微重力，恰恰为这个材料难题提供了一个值得验证的新变量。微重力可能改变什么？从过去的晶体研究来看，这个推论有充分的物理基础。在地面环境，材料生长过程中的物质和热量传输会受到重力引起的浮力对流等因素影响；在微重力下，这些效应大幅减弱，扩散的重要性相对增加。其他晶体的在轨实验已经证明，这种环境改变可以对晶体生长产生实际影响。

因此，把同一个问题放到磷掺杂人造钻石上，并不是没有基础的想像。如果降低对流扰动能够改善生长界面的稳定性与物质传输条件，那么磷掺杂的均匀性、晶格缺陷和材料品质，都可能得到改善。问题已经不是这个方向是否值得研究，而是改善究竟有多大，以及能否稳定地重复。

这就是在轨验证的意义。第一步不需要建造太空晶圆厂，只需要把实验规模的CVD设备送入微重力环境，在可比较的工艺条件下生长磷掺杂人造钻石，再与地面控制组比较晶体缺陷、磷的分布、材料均匀性和电学性能。如果结果显示出稳定而可重复的改善，便证明我们找到了一个可能具有工程价值的制造环境。

如果第一步成立，下一个值得验证的方向就是SAG（Selective Area Growth），即选区生长。传统半导体制程很大程度上是一种“减法”：形成材料之后，再透过光刻和蚀刻等工序移除不需要的部分。SAG的思路有所不同，它先限定材料生长的位置，再让材料在指定区域形成。假如这种技术最终能够与钻石半导体和微重力制造结合，就可能由传统的“先形成、再移除”，向更加接近加法制造的方向发展。

这一步同样有合理的物理推论，但必须由实验把推论变成制程。微重力改变了对流和物质传输，是否能进一步改善选区生长的边界控制、材料品质和重复性，仍然需要专门验证。因此比较合理的发展次序，是先验证磷掺杂钻石，再验证SAG；如果两者都取得稳定结果，才向真正的钻石电子器件及更复杂的在轨制造前进。

重用火箭降低成本

过去六十多年，人类航天的工业模式基本上都是在地球完成制造，再用火箭送到太空使用。这是很合理，因为把任何东西送离地球都十分昂贵，自然不会连复杂的工业设备也搬上去。

但可重用火箭正在改变这条经济方程式。随着发射成本降低、发射频率和运力提高，过去没有经济意义的太空工业流程，逐渐进入可以计算和验证的范围。未来一个重要的转变，可能就是由把产品送上太空，逐步变成把生产能力送上太空。

这正是人造钻石芯片值得研究的地方。人工智能正在带来庞大的算力和能源需求，算力的背面是电力；轨道提供了地面没有的太阳能利用条件；而微重力又可能为某些先进材料提供更理想的制造环境。当可重用火箭进一步降低物流门槛，能源、算力、先进材料和航天运输这几条原本分开发展的技术路线，就开始有了交汇的可能。

这个交汇点，就是轨道。我们已经从药物晶体、蛋白质晶体等材料知道，微重力可以实际改变某些材料形成的条件。将这套物理原理延伸到磷掺杂人造钻石，是一个有科学基础、值得在轨验证的方向。

现在需要回答的，是这种优势在钻石上究竟有多大，能否稳定重复，以及最终是否大到足以形成工业和经济上的价值。

因此，第一步不需要很宏大。在太空建一座晶圆厂言之尚早，也不用预先宣布钻石芯片将会取代硅芯片。先把一套实验规模的设备送上轨道，生长一片磷掺杂的人造钻石，再把它与地面的样本认真比较。

如果理论推论是对的话，我们得到的可能不只是一片钻石，而是一条新的制造路径。到那个时候，我们也许才真正的知道，重力这项人类支付了几十万年的成本，在制造下一代芯片这件事情上，究竟向我们收了多少税。

（作者为星轨资本联合创办人及联席行政总裁）