如果未來我們真的要把大量算力搬到軌道上，是否仍然應該先在地球把所有芯片做好，再用火箭一片一片送上去？還是說，某些最適合太空環境的芯片，本來就應該在太空製造？答案可能藏在一顆人造鑽石裏。

上一篇（刊11月4日B2版）談到軌道製造時，筆者提出一個概念：重力也是一種成本。我們在地球生活得太久，往往把重力視為理所當然，卻很少把它當成工業生產的一個變量。當我們熔化材料、生長晶體的時候，重力一直影響物質如何流動、沉降和凝固。

如果某些材料在微重力環境下可以減少浮力對流和沉降造成的擾動，那麼太空製造的意義，就不是把地球上的工廠搬上太空，而是利用地球表面無法提供的環境，製造一些在地面難以製造的東西。

筆者一直認為，討論人工智能的發展不能只看芯片，因為算力的背面其實是電力。人工智能帶來的算力爆發，表面上是一場GPU和先進製程的競賽，背後同時是一場能源競賽。大型算力中心需要的不只是芯片，而是龐大的供電、散熱、配電、土地及其他基礎設施。如果算力需求繼續高速增加，限制算力增長的因素，未必只是我們能否製造更多芯片，也包括能否提供足夠、穩定而且可以快速擴展的能源。

硅基系統遭遇挑戰

這正是「軌道算力」逐漸進入工程討論的原因。在軌道上，太陽光不需要穿過大氣層也到達太陽能板，也沒有雲層和地面土地用途的限制。這不代表軌道能源是免費的，也不代表任何軌道都可以持續接受陽光，儲能、散熱、通訊和維修仍然有大量問題需要解決。但是，太空確實提供了一套與地面不同的能源條件。如果算力對電力的需求繼續急速增加，把部分算力移到更接近能源來源的地方，本身具有值得研究的邏輯。

可是問題也隨之而來：我們準備把算力搬到太空，今天絕大部分高性能的算力芯片，卻是為地球環境而設計的。

人類今天的計算世界基本上仍然建立在硅之上。硅基半導體是現代工業最重要的成就之一，數十年累積的製程、設備和龐大供應鏈，不可能在短時間被其他材料取代。然而，一塊適合放在地面數據中心的高性能芯片，並不等於把它裝進衛星便可以長期正常工作。

其中一個問題是輻射。太空中的高能粒子可能在電子器件中造成單粒子效應，引起數據翻轉甚至器件損傷，因此航天電子需要從器件、電路、冗餘和屏蔽等不同層面處理。另一個問題是散熱。太空雖然冷，真空卻沒有空氣進行對流散熱。芯片產生的熱首先要有效傳導出去，最後再透過輻射器排走。

所以，把算力搬上軌道並不是換一個地方安裝GPU那麼簡單。短中期當然仍然可以使用經過加固和重新設計的硅基系統，但如果未來真的要建立大規模軌道算力，我們就應該問另一個問題：有沒有一種半導體材料，本身更加適合這個環境？這就把我們帶到鑽石。

鑽石擁極高熱導率

對大部分人來說，鑽石首先是一種寶石，但從材料科學和電子工程角度看，它其實是一種極具工業價值的材料。鑽石擁有極高熱導率、很高的擊穿電場和寬禁帶等特性，適合研究高功率、高溫等極端環境下的電子器件。近年的研究仍然把N型摻雜及其電學性能視為鑽石半導體走向實際應用的重要挑戰。

要把鑽石變成可控制電流的電子器件，其中一個關鍵就是摻雜。P型鑽石可以利用硼，而N型鑽石其中一條重要技術路線，就是把磷摻入鑽石晶格。磷摻雜N型鑽石並不是今天製造不出來的東西，地面實驗室早已利用CVD（化學氣相沉積），讓磷進入鑽石晶格並形成N型導電。近年的研究甚至已經生長出相當厚的磷摻雜鑽石層，並從中取得獨立的磷摻雜鑽石片。真正的問題，是怎樣把這種材料製造得更加容易控制、更均勻、更高品質和更具規模，最終滿足成熟電子器件的要求。

而微重力，恰恰為這個材料難題提供了一個值得驗證的新變量。微重力可能改變什麼？從過去的晶體研究來看，這個推論有充分的物理基礎。在地面環境，材料生長過程中的物質和熱量傳輸會受到重力引起的浮力對流等因素影響；在微重力下，這些效應大幅減弱，擴散的重要性相對增加。其他晶體的在軌實驗已經證明，這種環境改變可以對晶體生長產生實際影響。

因此，把同一個問題放到磷摻雜人造鑽石上，並不是沒有基礎的想像。如果降低對流擾動能夠改善生長界面的穩定性與物質傳輸條件，那麼磷摻雜的均勻性、晶格缺陷和材料品質，都可能得到改善。問題已經不是這個方向是否值得研究，而是改善究竟有多大，以及能否穩定地重複。

這就是在軌驗證的意義。第一步不需要建造太空晶圓廠，只需要把實驗規模的CVD設備送入微重力環境，在可比較的工藝條件下生長磷摻雜人造鑽石，再與地面控制組比較晶體缺陷、磷的分布、材料均勻性和電學性能。如果結果顯示出穩定而可重複的改善，便證明我們找到了一個可能具有工程價值的製造環境。

如果第一步成立，下一個值得驗證的方向就是SAG（Selective Area Growth），即選區生長。傳統半導體製程很大程度上是一種「減法」：形成材料之後，再透過光刻和蝕刻等工序移除不需要的部分。SAG的思路有所不同，它先限定材料生長的位置，再讓材料在指定區域形成。假如這種技術最終能夠與鑽石半導體和微重力製造結合，就可能由傳統的「先形成、再移除」，向更加接近加法製造的方向發展。

這一步同樣有合理的物理推論，但必須由實驗把推論變成製程。微重力改變了對流和物質傳輸，是否能進一步改善選區生長的邊界控制、材料品質和重複性，仍然需要專門驗證。因此比較合理的發展次序，是先驗證磷摻雜鑽石，再驗證SAG；如果兩者都取得穩定結果，才向真正的鑽石電子器件及更複雜的在軌製造前進。

重用火箭降低成本

過去六十多年，人類航天的工業模式基本上都是在地球完成製造，再用火箭送到太空使用。這是很合理，因為把任何東西送離地球都十分昂貴，自然不會連複雜的工業設備也搬上去。

但可重用火箭正在改變這條經濟方程式。隨着發射成本降低、發射頻率和運力提高，過去沒有經濟意義的太空工業流程，逐漸進入可以計算和驗證的範圍。未來一個重要的轉變，可能就是由把產品送上太空，逐步變成把生產能力送上太空。

這正是人造鑽石芯片值得研究的地方。人工智能正在帶來龐大的算力和能源需求，算力的背面是電力；軌道提供了地面沒有的太陽能利用條件；而微重力又可能為某些先進材料提供更理想的製造環境。當可重用火箭進一步降低物流門檻，能源、算力、先進材料和航天運輸這幾條原本分開發展的技術路線，就開始有了交匯的可能。

這個交匯點，就是軌道。我們已經從藥物晶體、蛋白質晶體等材料知道，微重力可以實際改變某些材料形成的條件。將這套物理原理延伸到磷摻雜人造鑽石，是一個有科學基礎、值得在軌驗證的方向。

現在需要回答的，是這種優勢在鑽石上究竟有多大，能否穩定重複，以及最終是否大到足以形成工業和經濟上的價值。

因此，第一步不需要很宏大。在太空建一座晶圓廠言之尚早，也不用預先宣布鑽石芯片將會取代硅芯片。先把一套實驗規模的設備送上軌道，生長一片磷摻雜的人造鑽石，再把它與地面的樣本認真比較。

如果理論推論是對的話，我們得到的可能不只是一片鑽石，而是一條新的製造路徑。到那個時候，我們也許才真正的知道，重力這項人類支付了幾十萬年的成本，在製造下一代芯片這件事情上，究竟向我們收了多少稅。

（作者為星軌資本聯合創辦人及聯席行政總裁）