Аннотация:
Google продвигает план создания космического центра обработки данных под названием «Ловец солнца» и 1 октября запустил свой первый экспериментальный спутник для проверки ключевых технологий проекта. Однако собственное исследование Google также выявило вполне реальную проблему: если в будущем на орбите действительно будет построен крупномасштабный центр обработки данных с искусственным интеллектом, одних только нынешних ракетных возможностей SpaceX недостаточно. Стоимость выхода на орбиту должна быть снижена примерно до 200 долларов США за килограмм, и для постепенного достижения этой цели может потребоваться около 1800 запусков космических кораблей.
Экспериментальный спутник был изготовлен компанией Planet Labs и оснащен тензорным процессором (TPU), независимо разработанным Google. Это первый случай, когда Google отправила в космос свой собственный процессор для искусственного интеллекта для реальных эксплуатационных испытаний. Спутник проверит, сможет ли ТПУ долго работать в орбитальной среде, включая такие ключевые вопросы, как электропитание, рассеивание тепла и запуск моделей искусственного интеллекта в космической среде.
Этот экспериментальный спутник можно рассматривать как платформу для проверки технологий проекта Google Suncatcher. Его масштабы пока очень ограничены. Он имеет лишь небольшое количество TPU внутри и не обладает вычислительной мощностью настоящего центра обработки данных. В ходе этой миссии Google надеется ответить на один из самых основных вопросов: могут ли вычислительные чипы искусственного интеллекта надежно работать в орбитальной среде.
Если ответ положительный, Google в будущем попытается объединить большое количество вычислительных спутников в орбитальный вычислительный кластер, использовать солнечную энергию для питания процессоров искусственного интеллекта и использовать высокоскоростные соединения связи между спутниками для формирования вычислительной инфраструктуры, аналогичной дата-центру.
Причина, по которой Google рассматривает возможность размещения своего центра обработки данных искусственного интеллекта в космосе, связана со все более серьезными энергетическими проблемами в наземных центрах обработки данных. Крупномасштабные центры обработки данных ИИ потребляют много энергии, и поскольку масштаб моделей ИИ продолжает расширяться, спрос на вычислительную мощность по-прежнему быстро растет. Наземным центрам обработки данных необходимо не только построить большое количество объектов по производству и передаче электроэнергии, но также необходимо решить такие проблемы, как земля, охлаждение и мощность энергосистемы.
Напротив, орбитальная среда может получать относительно стабильную солнечную энергию, и спутникам не нужно занимать наземную территорию. Исследование Google предполагает, что при определенных условиях космическая солнечная энергия может стать потенциальным источником энергии для вычислений ИИ.
Но проблема в том, что стоимость отправки дата-центров в космос по-прежнему очень высока.
В техническом документе Suncatcher, опубликованном Google, говорится, что, если мы надеемся снизить стоимость транспортировки орбитальных центров обработки данных примерно до 200 долларов США за килограмм, нам понадобится новое поколение ракет-носителей для достижения крупномасштабного повторного использования и значительного увеличения частоты запусков. Согласно модели Google, потребуется примерно 370 000 тонн дополнительной полезной нагрузки только для того, чтобы вывести на орбиту совокупную массу, необходимую для достижения этой целевой стоимости.
Если рассчитывать исходя из того, что каждый звездолет может доставить на орбиту около 200 тонн полезной нагрузки, это эквивалентно примерно 1800 запускам звездолетов.
Это не означает, что Google необходимо запустить 1800 космических кораблей, прежде чем запустить свой первый космический центр обработки данных, но это расчет, используемый для измерения масштаба всей отрасли и транспортных расходов в будущем. Исследование Google предполагает, что если вся аэрокосмическая отрасль надеется снизить стоимость вывода на орбиту примерно до 200 долларов США за кг и создать транспортные возможности, достаточные для поддержки крупномасштабных космических центров обработки данных, ей необходимо будет достичь совокупного масштаба запуска такого порядка.
Согласно этой модели, для поддержания соответствующей скорости транспортировки в будущем потребуется в среднем около 180 запусков звездолетов в год. В Google полагают, что, хотя частота запусков очень высока, теоретически она не превышает долгосрочных целей SpaceX по разработке космических кораблей.
В последние годы SpaceX начала позиционировать космические корабли как основу будущей крупномасштабной космической инфраструктуры. Компания полагает, что если звездолет можно будет полностью повторно использовать и в конечном итоге добиться возможности запускать один раз в час и доставлять на орбиту около 200 тонн полезной нагрузки за раз, миллионы тонн оборудования можно будет транспортировать в космос каждый год.
SpaceX даже предложила более радикальную идею: создать орбитальную вычислительную инфраструктуру искусственного интеллекта посредством крупномасштабных запусков. По собственным оценкам SpaceX, если каждая тонна орбитальных спутников может обеспечить около 100 киловатт вычислительной мощности, то размещение в космосе 1 миллиона тонн оборудования каждый год может добавить около 100 ГВт вычислительной мощности ИИ.
Однако между этими целями SpaceX и ее текущими реальными возможностями по-прежнему существует огромный разрыв. Хотя Starship провел множество испытательных полетов, его полная возможность повторного использования, возможности стабильного коммерческого запуска и возможности высокочастотного запуска все еще нуждаются в дальнейшей проверке.
Сама Google не оставила эту проблему без внимания. Экономическая модель проекта «Ловец солнца» на самом деле во многом опирается на способность многоразовых ракет следующего поколения значительно снизить стоимость орбиты.
Текущая орбитальная стоимость традиционных коммерческих ракет по-прежнему намного выше, чем нужно Google. Предыдущее исследование Google показало, что для того, чтобы орбитальные центры обработки данных могли экономически конкурировать с наземными центрами обработки данных, затраты на запуск должны значительно снизиться с нынешнего уровня в тысячи долларов за килограмм до нескольких сотен долларов или даже меньше.
Исследование Google даже дает более четкую долгосрочную цель: примерно к 2035 году, если стоимость выхода на орбиту снизится до менее 200 долларов США за килограмм с помощью ракет-носителей нового поколения, тогда космические центры обработки данных действительно могут иметь экономическую основу для крупномасштабного расширения.
Помимо стоимости ракет, у космических центров обработки данных есть еще одна проблема, которую легко упустить из виду, — это стоимость производства самого спутника.
Даже если стоимость отправки вычислительных чипов на орбиту снизится, если спутники, используемые для перевозки этих чипов, по-прежнему будут очень дорогими, то общую бизнес-модель все равно будет сложно создать. Космическим центрам обработки данных требуется большое количество солнечных панелей, охлаждающего оборудования, коммуникационного оборудования, вычислительных модулей и радиационно-стойкого оборудования, а затраты на производство этого оборудования необходимо еще больше снизить.
Особой проблемой является рассеяние тепла. Наземные центры обработки данных могут использовать системы воздушного, водяного охлаждения или другие технологии жидкостного охлаждения для отвода тепла, но вакуумная среда не может рассеивать тепло посредством конвекции воздуха. Орбитальные центры обработки данных должны в основном полагаться на излучение для выделения тепла в космос, поэтому необходимо спроектировать структуру рассеивания тепла большой площади.
С другой стороны, космическое излучение в космической среде также повлияет на чипы ИИ. Важной целью эксперимента Google является наблюдение за тем, будет ли TPU подвергаться воздействию радиации в реальной орбитальной среде, и сможет ли система обнаружить и восстановиться в случае возникновения ошибки.
Связь также является ключом к успеху орбитальных центров обработки данных. Большое количество вычислительных спутников должно быть соединено посредством высокоскоростных каналов связи, иначе будет невозможно сформировать единые вычислительные ресурсы, аналогичные наземным кластерам ИИ. Поэтому Google необходимо решить проблему высокоскоростного обмена данными между спутниками и передачи данных между спутниками и землей.
В настоящее время Google планирует использовать солнечную энергию для управления этими орбитальными вычислительными устройствами и использовать каналы связи между спутниками для формирования крупномасштабной вычислительной сети. Поскольку солнечная энергия может обеспечить относительно стабильное энергоснабжение на орбите, это решение теоретически может избежать проблемы наземных центров обработки данных, постоянно увеличивающих пропускную способность сети.
Однако на данном этапе Suncatcher от Google все еще остается ранним экспериментальным проектом. Спутник, запущенный на этот раз, предназначен только для того, чтобы проверить, «может ли ТПУ работать в космосе», и до фактического создания центра обработки данных искусственного интеллекта, состоящего из сотен или даже тысяч спутников, предстоит пройти еще долгий путь.
В то же время Google — не единственная компания, исследующая орбитальные центры обработки данных. SpaceX публично обсуждала развертывание крупномасштабных вычислительных спутников искусственного интеллекта на орбите, такие стартапы, как Starcloud, также изучают аналогичные решения, а другие технологические и аэрокосмические компании также проявили интерес к использованию космической солнечной энергии для запуска вычислительных объектов искусственного интеллекта.
Самое большое разногласие в этой области сейчас — стоимость. Сторонники утверждают, что, поскольку потребности центров обработки данных ИИ в электроэнергии и земле продолжают расти, наземная инфраструктура в конечном итоге может стать все более дорогой, а достижения в области многоразовых ракет, массового производства спутников и солнечной энергии могут сделать космические вычисления экономически конкурентоспособными в будущем.
Но другая точка зрения заключается в том, что орбитальные центры обработки данных также должны нести дополнительные расходы, такие как производство спутников, запуски ракет, охлаждение космического пространства, радиационная защита и связь. Поэтому, даже если космические корабли будут успешно повторно использоваться в больших масштабах, нельзя просто предполагать, что космические центры обработки данных обязательно будут дешевле наземных центров обработки данных.
В настоящее время собственное исследование Google не пришло к выводу, что «космические центры обработки данных скоро заменят наземные центры обработки данных». Напротив, количество 1800 запусков космических кораблей просто показывает, что для того, чтобы орбитальные вычисления действительно достигли уровня крупномасштабной коммерциализации, стоимость и возможности запуска всей космической транспортной отрасли потребуют огромных изменений.
Поэтому запуск прототипа спутника «Ловец Солнца» больше похож на первый шаг всего плана. Google сначала необходимо доказать, что ТПУ может работать в космосе в течение длительного времени, затем решить инженерные проблемы, такие как рассеивание тепла, связь и излучение, и, наконец, превратить экспериментальную орбитальную вычислительную платформу в настоящий центр обработки данных за счет крупномасштабного производства спутников и недорогого высокочастотного запуска.
Если новое поколение сверхмощных многоразовых ракет, таких как будущие звездолеты, действительно сможет достичь стоимости и частоты запуска, предусмотренных моделью Google, то 1800 запусков не будут задачей, которую необходимо выполнить за один раз, а могут стать транспортными возможностями, постепенно накапливаемыми в процессе строительства новой космической инфраструктуры. Для Suncatcher, который все еще находится на экспериментальной стадии, успех или неудачу проекта действительно определяет то, можно ли превратить эти цифры из экономической модели на бумаге в реальные инженерные возможности.
Комментарии