MIT Technology Review объясняет: Наши авторы помогут вам разобраться в сложном и запутанном мире технологий и понять, что нас ждет в будущем. Больше статей из этой серии вы можете прочитать здесь .
В январе компания SpaceX Илона Маска подала заявку в Федеральную комиссию связи США на запуск до миллиона центров обработки данных на околоземную орбиту. Цель? Полностью раскрыть потенциал искусственного интеллекта, не вызывая при этом экологического кризиса на Земле. Но сработает ли это?
SpaceX — последняя в череде высокотехнологичных компаний, превозносящих потенциал орбитальной вычислительной инфраструктуры. В прошлом году основатель Amazon Джефф Безос заявил, что технологическая индустрия будет двигаться в сторону крупномасштабных вычислений в космосе. Google планирует запустить спутники для обработки данных, стремясь создать тестовую группировку из 80 спутников уже в следующем году. А в ноябре прошлого года стартап Starcloud из штата Вашингтон запустил спутник, оснащенный высокопроизводительным графическим процессором Nvidia H100, что стало первым орбитальным испытанием передового чипа для искусственного интеллекта. Компания планирует к 2030 году вывести на орбиту центры обработки данных размером с земные.
Связанная статья
Сторонники считают, что размещение центров обработки данных в космосе имеет смысл. Нынешний бум искусственного интеллекта создает нагрузку на энергосети и увеличивает спрос на воду, необходимую для охлаждения компьютеров. Населенные пункты, расположенные вблизи крупных центров обработки данных, обеспокоены, помимо прочих проблем, ростом цен на эти ресурсы в результате растущего спроса.
Сторонники утверждают, что в космосе будут решены проблемы с водой и энергией. На постоянно освещенных солнечно-синхронных орбитах космические центры обработки данных будут иметь непрерывный доступ к солнечной энергии. В то же время избыточное тепло, которое они производят, будет легко отводиться в холодный вакуум космоса. А с учетом снижения стоимости космических запусков и обещаний мегаракет, таких как Starship от SpaceX, еще больше снизить цены, может наступить момент, когда перенос мировых центров обработки данных в космос станет экономически целесообразным. Противники, с другой стороны, рассказывают другую историю и указывают на ряд технологических препятствий, хотя некоторые говорят, что они могут быть преодолены в недалеком будущем. Вот четыре обязательных условия, которые нам понадобятся, чтобы сделать космические центры обработки данных реальностью.
Способ отвода тепла
Центры обработки данных для ИИ выделяют много тепла. Космос может показаться отличным местом для отвода этого тепла без использования огромного количества воды. Но всё не так просто. Для обеспечения круглосуточной работы космический центр обработки данных должен находиться на постоянно освещённой орбите, вращаясь вокруг планеты от полюса до полюса, и никогда не скрываться в тени Земли. А на такой орбите температура оборудования никогда не опустится ниже 80 °C, что слишком высоко для безопасной работы электроники в долгосрочной перспективе.
Отвод тепла из такой системы оказывается на удивление сложной задачей. «Теплоснабжение и охлаждение в космосе, как правило, представляют собой огромную проблему», — говорит Лилли Айхингер, генеральный директор австрийского космического технологического стартапа Satellives.
Связанная статья
На Земле тепло рассеивается в основном за счет естественного процесса конвекции, который основан на движении газов и жидкостей, таких как воздух и вода. В вакууме космоса тепло необходимо отводить гораздо менее эффективным способом – излучением. Для безопасного отвода тепла, вырабатываемого компьютерами, а также тепла, поглощаемого Солнцем, требуются большие излучающие поверхности. Чем больше спутник, тем сложнее отвести все тепло, находящееся внутри него, в космос.
Однако Ив Дюран, бывший директор по технологиям европейского аэрокосмического гиганта Thales Alenia Space, утверждает, что технологии для решения этой проблемы уже существуют.
Ранее компания разработала систему для крупных телекоммуникационных спутников, которая позволяет подавать хладагент по сети трубок с помощью механического насоса, в конечном итоге передавая тепло изнутри космического аппарата к радиаторам на внешней поверхности. В 2024 году Дюран возглавил исследование осуществимости космических центров обработки данных, которое показало, что, несмотря на существующие проблемы, Европа сможет вывести на орбиту центры обработки данных гигаваттного масштаба (сопоставимые с крупнейшими наземными объектами) до 2050 года. Они будут значительно больше, чем те, которые планирует SpaceX, и будут оснащены солнечными батареями размером в сотни метров — больше, чем Международная космическая станция.
Компьютерные чипы, способные выдержать радиационное облучение
Космическое пространство вокруг Земли постоянно подвергается воздействию космических частиц и солнечной радиации. На поверхности Земли люди и их электронные устройства защищены от этой разрушительной смеси заряженных частиц атмосферой и магнитосферой планеты. Но чем дальше от Земли вы отходите, тем слабее становится эта защита. Исследования показывают, что у экипажей самолетов выше риск развития рака из-за частого воздействия высокой радиации на крейсерской высоте, где атмосфера разрежена и менее защитна.
Как утверждает Кен Май, ведущий специалист по системной инженерии в области электротехники и вычислительной техники в Университете Карнеги-Меллона, электроника в космосе подвержена риску возникновения трех типов проблем, вызванных высоким уровнем радиации. Явления, известные как однократные сбои, могут вызывать переворот битов и повреждение хранимых данных, когда заряженные частицы попадают на микросхемы и запоминающие устройства. Со временем электроника в космосе накапливает повреждения от ионизирующего излучения, что ухудшает ее производительность. А иногда заряженная частица может ударить по компоненту таким образом, что физически сместит атомы на микросхеме, вызывая необратимые повреждения, объясняет Май.
Связанная статья
Бум центров обработки данных в пустыне. Читайте далее.
Традиционно компьютеры, запускаемые в космос, проходили многолетние испытания и были специально разработаны для противостояния интенсивному излучению, присутствующему на околоземной орбите. Однако эта защищенная от космического излучения электроника намного дороже, и ее производительность также на годы отстает от самых современных устройств для наземных вычислений. Запуск обычных чипов — это риск. Но Дюран говорит, что передовые компьютерные чипы используют технологии, которые по умолчанию более устойчивы к радиации, чем системы прошлого. А в середине марта Nvidia представила оборудование, включая новый графический процессор, который «обеспечивает вычисления для искусственного интеллекта в орбитальных центрах обработки данных».
Глава отдела маркетинга периферийного ИИ в Nvidia, Чен Су, заявил изданию MIT Technology Review, что «системы Nvidia по своей природе являются коммерчески доступными продуктами, устойчивыми к радиации на системном уровне, а не только за счет радиационно-стойкого кремния». Он добавил, что производители спутников повышают устойчивость чипов с помощью экранирования, передового программного обеспечения для обнаружения ошибок и архитектур, которые сочетают в себе потребительские устройства со специально разработанными, защищенными технологиями.
Тем не менее, Май говорит, что чипы для обработки данных — это лишь одна из проблем. Центрам обработки данных также потребуются устройства памяти и хранения данных, которые уязвимы для повреждений из-за чрезмерного излучения. А операторам потребуется возможность заменять компоненты или адаптироваться при возникновении проблем. Осуществимость и доступность использования роботов или миссий космонавтов для технического обслуживания — это главный вопрос, висящий над идеей крупномасштабных орбитальных центров обработки данных.
Связанная статья
«Вам нужно не просто запустить в космос центр обработки данных, отвечающий вашим текущим потребностям; вам также необходимы резервирование, дополнительные компоненты и возможность переконфигурации, чтобы в случае поломки оборудования вы могли просто изменить конфигурацию и продолжить работу», — говорит Май. «Это очень сложная задача, потому что, с одной стороны, в космосе у вас есть бесплатная энергия и электропитание, но с другой — множество недостатков. Вполне возможно, что эти проблемы перевесят преимущества, которые вы получаете от размещения центра обработки данных в космосе».
Помимо необходимости регулярного технического обслуживания, существует также потенциальная опасность катастрофических потерь. В периоды интенсивной космической погоды спутники могут быть подвержены такому количеству радиации, что вся их электроника выйдет из строя. Солнце только что прошло самую активную фазу своего 11-летнего цикла, и его воздействие на спутники относительно незначительно. Тем не менее, эксперты предупреждают, что с начала космической эры планета не сталкивалась с худшими последствиями, на которые способно Солнце. Многие сомневаются, готовы ли к этому новые недорогие космические системы, которые сегодня доминируют на орбитах Земли.
План по уклонению от космического мусора
Как крупномасштабные орбитальные центры обработки данных, подобные тем, что планирует Thales Alenia Space, так и мегагруппировки более мелких спутников, предлагаемые SpaceX, создают головную боль для экспертов по устойчивому развитию космической отрасли. Космическое пространство вокруг Земли уже и так довольно переполнено спутниками. Только спутники Starlink ежегодно выполняют сотни тысяч маневров по предотвращению столкновений, чтобы избежать столкновения с космическим мусором и другими аппаратами. Чем больше объектов в космосе, тем выше вероятность разрушительного столкновения, которое засорит орбиту тысячами опасных фрагментов.
Связанная статья
Крупные конструкции с солнечными батареями площадью в сотни квадратных метров быстро пострадают от мелких обломков космического мусора и метеоритов, что со временем снизит производительность солнечных панелей и создаст еще больше мусора на орбите. Эксплуатация миллиона спутников на низкой околоземной орбите, в области космоса на высоте до 2000 километров, может оказаться небезопасной, если все спутники в этой области не будут входить в одну сеть, чтобы они могли эффективно взаимодействовать и маневрировать вокруг друг друга, — заявил Грег Виалле, основатель стартапа по переработке орбитальных материалов Lunexus Space, в интервью MIT Technology Review.
«В одну орбитальную оболочку можно поместить примерно от четырех до пяти тысяч спутников», — говорит Виалле. «Если посчитать все оболочки на низкой околоземной орбите, получится максимум около 240 000 спутников».
По его словам, космические аппараты должны уметь разъезжаться на безопасном расстоянии, чтобы избежать столкновений.
«Также необходимо иметь возможность выводить объекты на более высокие орбиты и возвращать их на более низкие для списания», — добавляет он. «Поэтому для этого необходимо расстояние не менее 10 километров между спутниками. Мегагруппировки, такие как Starlink, могут быть более плотно расположены, поскольку спутники обмениваются данными друг с другом. Но невозможно иметь миллион спутников вокруг Земли, если это не монополия».
Кроме того, Starlink, вероятно, захочет регулярно модернизировать свои орбитальные центры обработки данных, используя более современные технологии. Замена миллиона спутников, возможно, каждые пять лет, будет означать еще больший орбитальный трафик — и это может увеличить скорость попадания космического мусора в атмосферу Земли с примерно трех-четырех обломков в день до примерно одного каждые три минуты, согласно группе астрономов, подавших возражения против заявки SpaceX в FCC. Некоторые ученые обеспокоены тем, что попадание мусора в атмосферу может повредить озоновый слой и нарушить тепловой баланс Земли.
Экономичный запуск и сборка
Чем дольше оборудование находится на орбите, тем выше окупаемость инвестиций. Но для того, чтобы орбитальные центры обработки данных имели экономический смысл, компаниям придется найти относительно дешевый способ доставки этого оборудования на орбиту. SpaceX делает ставку на свою будущую мегаракету Starship, которая сможет нести в шесть раз большую полезную нагрузку, чем нынешняя рабочая лошадка, Falcon 9. Исследование Thales Alenia Space пришло к выводу, что если Европа захочет построить собственные орбитальные центры обработки данных, ей придется разработать столь же мощную ракету-носитель.
Но запуск — это лишь часть уравнения. Крупномасштабный орбитальный центр обработки данных не поместится в ракету — даже в мегаракету. Его нужно будет собрать на орбите. А для этого, вероятно, потребуются передовые роботизированные системы, которых пока не существует. Различные компании проводили наземные испытания с прототипами таких систем, но до их реального применения еще далеко.
Связанная статья
Дюран утверждает, что в краткосрочной перспективе небольшие центры обработки данных, вероятно, станут неотъемлемой частью орбитальной инфраструктуры, обрабатывая изображения со спутников наблюдения Земли непосредственно в космосе, без необходимости отправлять их на Землю. Это окажет огромную помощь компаниям, продающим данные из космоса, поскольку многие из этих наборов данных чрезвычайно велики, и конкуренция за возможности передачи их на Землю для обработки через наземные станции растет.
«Преимущество орбитальных центров обработки данных заключается в том, что можно начать с небольших серверов и постепенно наращивать их количество, создавая более крупные центры обработки данных», — говорит Дюран. «Можно использовать модульную структуру. Можно постепенно осваивать новые технологии и развивать производственные мощности в космосе. У нас есть все необходимые технологии, а спрос на космическую инфраструктуру обработки данных огромен, поэтому имеет смысл задуматься об этом».
Однако, по всей видимости, меньшие по размеру объекты не смогут существенно компенсировать нагрузку, которую наземные центры обработки данных оказывают на водные и электрические ресурсы планеты. Некоторые критики считают, что для воплощения этого видения в жизнь могут потребоваться десятилетия, если оно вообще когда-либо начнет реализовываться.
Источник: www.technologyreview.com
