Масштабные центры обработки данных для генеративного ИИ вредны для Земли. А что если запустить их на орбиту?
Фотоиллюстрация: Юитиро Чино/Getty Images Сохранить эту историю Сохранить эту историю
В связи с бумом искусственного интеллекта по всему миру с невероятной скоростью строятся центры обработки данных . Эти объекты потребляют колоссальное количество электроэнергии. К 2028 году одни только серверы для ИИ могут потреблять столько же энергии, сколько 22% домохозяйств США. Конечно, этот спрос приведет к росту цен на энергоносители для всех, и нам потребуется больше электростанций, а это означает усиление глобального потепления.
Затем возникает проблема с водой. Высокопроизводительные чипы для ИИ сильно нагреваются, поэтому воздушного охлаждения недостаточно. Новые предприятия переходят на жидкостное охлаждение. Предпочтительным методом является испарение воды. Он более эффективен и энергоэффективен, чем рециркуляция воды, но крупный центр обработки данных, использующий этот метод, потребляет миллионы галлонов воды в день, истощая местные запасы воды.
Поэтому неудивительно, что всё больше городов выступают против проектов строительства центров обработки данных в своём районе. Но если все начнут выступать против строительства в своём районе (NIMBY), это превратится в нечто вроде «не на моей планете, ублюдки!». Что же делать? Люди не перестанут использовать ИИ. Вот почему некоторые говорят, что нам следует строить центры обработки данных в космосе.
Только представьте: вы могли бы получать энергию круглосуточно от солнечных батарей — в космосе всегда солнечно — и тепловые проблемы не возникли бы, потому что там очень холодно. Вы могли бы выполнять ресурсоемкую обработку данных в орбитальных центрах обработки данных и передавать результаты на Землю, как через спутниковый интернет. По крайней мере, так утверждается.
Действительно ли это сработает? Или это так же практично, как колонизация Марса? Я спросил об этом в обзоре ИИ от Google, и там ответили: «Да, центры обработки данных можно строить в космосе». Но, конечно, они так и сказали. Думаю, нам придётся проявить бунтарский дух и задействовать старый добрый человеческий интеллект.
Включить питание
Одна из важнейших идей в науке называется законом сохранения энергии. Он гласит, что для любой «системы» (любой совокупности объектов, которые мы выберем) полная энергия, поступающая в систему, равна изменению энергии этой системы плюс энергия, выходящая из системы.
Или, другими словами, любое изменение количества энергии в системе равно разности входной и выходной энергии. Это означает, что энергия не может быть создана или уничтожена, а может только преобразована из одной формы в другую — подобно тому, как солнечные панели преобразуют световую энергию в электрическую.
Энергия измеряется в джоулях, но зачастую проще говорить о мощности. Мощность — это изменение энергии ( ΔE ) за единицу времени ( Δt ), поэтому она измеряется в джоулях в секунду, также известных как ватты. В терминах мощности закон сохранения энергии гласит, что мощность, поступающая в систему, равна мощности, выходящей из системы, плюс мощность изменения внутренней энергии.
Например, предположим, что «система» — это настольный ПК с блоком питания мощностью 300 Вт. Это означает, что максимальная потребляемая мощность составляет 300 Вт. А как насчет изменений энергии в системе? Она нагревается, поэтому происходит увеличение тепловой энергии. Но вскоре она достигает стабильной рабочей температуры. На самом деле никаких других изменений энергии в компьютере не происходит, поэтому все 300 Вт входящей мощности должны равняться потребляемой мощности.
Куда деваются эти 300 ватт мощности? В вашем ПК есть вентилятор, который перемещает воздух вокруг процессора и видеокарты. Горячие компоненты взаимодействуют с воздухом, нагревая его. Затем вентилятор выводит этот воздух наружу, передавая тепло от компьютера в вашу комнату. Да, ваш ПК — это, по сути, 300-ваттный обогреватель, который также позволяет играть в видеоигры.
Два вида теплопередачи
Если два объекта имеют разную температуру, тепловая энергия перемещается от более теплого объекта к более холодному. Таким образом, горячий компьютер передает энергию более холодному воздуху. Поскольку молекулы процессора и воздуха находятся в контакте, это называется теплопроводностью. Она происходит быстро. Вот почему вода в бассейне температурой 70 градусов кажется такой холодной: вы погружены в нее, и она быстро отводит много тепловой энергии от вашего тела.
Но есть и другой способ передачи тепла. Если объекты не соприкасаются, но находятся на прямой видимости, может происходить радиационное взаимодействие. Именно это происходит в электрической духовке без циркуляции воздуха. Нагревательный элемент не касается вашей пиццы, но он настолько горячий (более 1000 градусов по Фаренгейту), что излучает инфракрасный свет, который нагревает вашу еду.
Компьютеры в космосе
А что, если вы поместите свой игровой ПК на низкую околоземную орбиту? Как мы будем отводить выделяемое тепло? Вентиляторы внутри не помогут. Они не смогут перемещать воздух над процессорами, если воздуха нет. Единственный вариант — это взаимодействие с окружающей средой посредством излучения, а излучение не так эффективно, как теплопроводность.
Именно здесь люди часто ошибаются, размышляя о вычислениях вне планеты. На самом деле, космос даже не «холодный». Температура — это свойство материи, она измеряет движение молекул, а космос — это практически вакуум. Без молекул, способных вибрировать, он не имеет собственной температуры. А поскольку излучение является единственным средством теплопередачи, объекты в космосе остывают медленно.
Мы можем рассчитать скорость теплового излучения ( P ) для объекта, используя закон Стефана-Больцмана. Он выглядит следующим образом:
Здесь ε — коэффициент излучения объекта, то есть его эффективность в качестве излучателя (0 < ε < 1), σ — постоянная Стефана-Больцмана, A — площадь поверхности, а T — температура (в Кельвинах). Поскольку температура выражена в четвертой степени, видно, что более горячие объекты излучают гораздо больше энергии, чем более холодные.
Хорошо, допустим, вы хотите играть в Red Dead Redemption в космосе. Ваш компьютер сильно нагреется — возможно, до 200 градусов по Фаренгейту (366 Кельвинов). Для простоты предположим, что это кубообразный компьютер с общей площадью поверхности 1 квадратный метр, и он является идеальным излучателем (ε = 1). Тогда мощность теплового излучения составит около 1000 ватт. Конечно, ваш компьютер не является идеальным излучателем, но, похоже, всё будет в порядке. Пока выходная мощность превышает входную (300 ватт), он будет охлаждаться.
Теперь предположим, что вы хотите выполнить какие-то простые задачи по искусственному интеллекту. Это более сложная задача, поэтому давайте увеличим размер нашего кубического компьютера, сделав ребра вдвое длиннее, чем раньше. Это увеличит объем в восемь раз (23), так что мы сможем иметь в восемь раз больше процессоров, а это значит, что нам потребуется в восемь раз больше потребляемой мощности — 2400 ватт. Однако площадь поверхности увеличится всего в четыре раза (22), поэтому излучаемая мощность составит около 4000 ватт. Выходная мощность по-прежнему будет больше входной, но разрыв будет сокращаться.
Размер имеет значение
Вы уже догадываетесь, к чему это приводит. Если продолжать увеличивать масштаб, объем будет расти быстрее, чем площадь поверхности. Поэтому чем больше космический компьютер, тем сложнее его охлаждать. Если представить себе орбитальную конструкцию размером с супермаркет Walmart, например, центры обработки данных на Земле, то это просто невозможно. Он расплавится.
Конечно, можно добавить внешние излучающие панели. На Международной космической станции они есть. Насколько большими они должны быть? Допустим, ваш центр обработки данных работает на 1 мегаватте. (Существующие центры обработки данных для ИИ на Земле используют от 100 до 1000 мегаватт.) Тогда вам потребуется излучающая площадь не менее 980 квадратных метров. Это уже выходит за рамки разумного.
Ах да, эти радиаторы не похожи на солнечные панели, соединенные проводами. Им нужны системы для отвода тепла от процессоров к панелям. На МКС для этого используется система перекачки аммиака по сети труб. Это означает еще больше материала, что делает вывод на орбиту значительно дороже.
Давайте подведем итоги. Несмотря на благоприятные предположения, ситуация выглядит не очень хорошо. Мы даже не учитываем тот факт, что солнечное излучение также будет нагревать компьютер, что потребует еще большего охлаждения. Или что интенсивное солнечное излучение, скорее всего, со временем повредит электронику. А как же будет производиться ремонт?
Однако ясно одно: поскольку охлаждение в космосе неэффективно, ваш «центр обработки данных» должен представлять собой рой небольших спутников с лучшим соотношением площади к объему, а не несколько больших. Именно это сейчас предлагают большинство сторонников, например, проект Suncatcher от Google. Компания SpaceX Илона Маска уже запросила у FCC разрешение на запуск миллиона небольших спутников с искусственным интеллектом на орбиту.
Хм. Низкая околоземная орбита и так уже перегружена 10 000 действующими спутниками и примерно 10 000 тоннами космического мусора. Риск столкновений, возможно, даже катастрофических каскадов Кесслера, уже реален. А мы собираемся добавить в сто раз больше спутников? Могу лишь сказать: берегитесь, внизу!
Итак, каков ответ на наш вопрос? Теоретически, вероятно, можно создать вычислительную систему за пределами планеты с помощью множества небольших спутников, хотя затраты на запуск и строительство будут астрономическими. Хорошая ли это идея – это уже совсем другой вопрос.
Источник: www.wired.com
