在轨算力星簇:三种构型与三种连法

每个点是一颗卫星,线是激光星间链路。先选构型、卫星数和每星终端数,再选连法看它连出来的图。拖动旋转,滚轮缩放,点一颗卫星看它的链路;播放按钮让卫星沿一圈轨道运动。坐标是随簇中心一起运动的坐标系:x 指向远离地球的方向,y 沿飞行方向,z 垂直于轨道面。数据来自仓库 experiments/nsdi-metrics(LAB-316),线就是实验里测完成时间的那些链路。

1 构型

2 卫星数(取离中心最近的 N 颗)

3 每星激光终端数 k(每颗星最多连几条线)

4 连法 / 可见性

5 显示

线的颜色按长度:

6 视角

时刻在右侧 3D 图下方的时间轴上调。

本图

可见性 / 能连的星对:两颗星之间的距离在整圈轨道上始终不超过 600 m,而且连线始终不被第三颗星挡住(卫星按半径 15 m 算),这两个条件都满足才算「能连」。在第 4 步选「可见性(所有候选边)」,可以一次看到这个 Pod 里所有能连的星对;此时点一颗星,图上只留它自己的候选边,左下角会列出它每个可连邻居的距离和速率。另一个选项「此刻可见(随相位变)」只画当前时刻就能连的星对,拖时间轴或按播放,线会跟着换:Suncatcher 和三维构型上这个集合一圈里换得很勤,平面构型不变。链路越长越慢:100 m 处 1.6 Tbps,300 m 只剩四分之一,600 m 约七分之一,所以线的颜色从绿到红表示从快到慢。
三种连法:贪心最近邻让每颗星先连最近的星,直到终端用完,一定连得出来。NSDI'25 图拓展先造一张数学上的好图(torus、环的线图拓展等),再找一种方式把图里每个点分给一颗卫星,使每条边都落在能连的星对上;这一步是搜索,限时 60 秒,找不到就没有这条线。MIT Clos 映射先造一张多层交换网络,红色的计算星在最底层,蓝色的星只负责转发,同样要映射到能连的星对上。
怎么看:对比同一个 Pod 上三种连法的线有多长、最远要走几跳。长线多,大消息就慢;跳数多,小消息就慢。并排对比模式下三张图共用一个视角,可以一起旋转。右下角的表是这张图在实验里测出的完成时间(整个 Pod 一起做一次 allreduce / all-to-all,每跳 1 µs,100 m 处 1.6 Tbps)。
时间轴(轨道相位):簇绕地球一圈约 98 分钟,时间轴从 0° 到 360° 就是这一圈。连法选定后整圈不变,但 Suncatcher 和三维构型里星与星的距离随相位变化,所以每条线的速率、整个 Pod 的通信时间都跟着变。速率按空间复用的通道数算,通道数是整数,距离跨过某个门限时速率整档跳变,所以曲线是一段一段的台阶;平面构型整体刚性转动,距离不变,所以是水平线。实线是按此刻每条线的实际长度算的完成时间;虚线是实验表格里的口径,每条线都按它一圈里最长的那一刻算,所以任何时刻都不会比虚线慢。时间轴上方的色条标出此刻哪种连法最快:同一个 Pod 上,最快的连法会随相位换。“此刻能连的星对”模式对比两个数:某一时刻距离够近、没被挡住的星对,和整圈每一刻都满足的星对(实验只用后者)。