Искусственный интеллект сталкивается с серьезной энергетической проблемой, и компания Google нашла решение, напоминающее сюжет фантастического фильма: отправить вычислительные мощности в космос. В рамках проекта Project Suncatcher компания планирует запустить на орбиту свои первые тензорные процессоры TPU, чтобы проверить, сможет ли часть колоссальной инфраструктуры ИИ в будущем полностью покинуть Землю.
Однако Google пока не собирается выводить на орбиту полноценный центр обработки данных. Первая миссия имеет гораздо меньший масштаб и призвана ответить на базовый вопрос: способны ли чипы, используемые Google для ИИ, пережить ракетный запуск и продолжить функционирование в условиях радиации и экстремальных температур открытого космоса? Если этот эксперимент завершится успехом, он проложит дорогу к более масштабным проектам. В перспективе корпорация видит кластеры спутников на солнечных батареях, укомплектованных ИИ-чипами и объединенных между собой с помощью высокоскоростных оптических каналов. Вместо возведения очередного гигантского дата-центра на Земле часть будущих нагрузок искусственного интеллекта теоретически сможет обрабатываться на высоте сотен миль над поверхностью планеты.
Колоссальные потребности ИИ в инфраструктуре
Бум искусственного интеллекта сводится не только к созданию более совершенных моделей. Это соревнование за поиск достаточного объема вычислительной мощности и электроэнергии для их бесперебойной работы. На конференции I/O представители Google заявляли, что системы компании обрабатывают более 3,2 квадриллиона токенов ИИ ежемесячно, что в семь раз превышает показатели предыдущего года. На развитие инфраструктуры, необходимой для покрытия такого спроса, корпорация намерена потратить от 180 до 190 миллиардов долларов капитальных затрат за год.
Такой рост означает потребность в новых чипах, дата-центрах и, что критически важно, в дополнительных объемах электричества. Проект Project Suncatcher задается вопросом: что произойдет, если перенести хотя бы часть этой формулы туда, где уже существует мощнейший источник энергии? Ответом становится Солнце. Согласно расчетам Google, солнечная панель, размещенная на оптимальной орбите, способна вырабатывать до восьми раз больше энергии, чем аналогичная панель на Земле. Определенные орбитальные конфигурации также могут обеспечить спутникам практически непрерывный доступ к солнечному свету, существенно снижая их зависимость от аккумуляторных батарей. Иными словами, компания изучает возможность приблизить центры обработки данных к источнику электричества.
Проверка выживаемости ИИ-чипов в космической среде
Между этой концепцией и реальным запуском моделей вроде Gemini с орбиты пролегает огромная пропасть. Первое испытание Google пройдет на борту миссии Transporter-18 компании SpaceX. Прототип спутника, разработанный в партнерстве с компанией Planet, доставит процессоры TPU на низкую околоземную орбиту.
В ходе старта спутник подвергнется длительному ускорению, достигающему 10 земных гравитаций, в то время как отдельные компоненты могут испытывать перегрузки от 50 до 100 g. Кроме того, серьезным фактором является космическая радиация. Без защитного слоя атмосферы, оберегающего электронику на поверхности Земли, космические лучи и солнечная активность способны создавать помехи в компьютерном железе и вызывать ошибки вроде инверсии битов. Ранее специалисты Google уже тестировали свои процессоры Trillium TPU протонами в лаборатории Крокера при Калифорнийском университете в Дейвисе, запуская на них рабочие задачи ИИ. По данным компании, чипы выдержали общую ионизирующую дозу, превышающую ту, которую они должны получить за пятилетнюю космическую миссию. Предстоящий запуск продемонстрирует их реальную производительность в условиях космоса.
Космическое охлаждение и лазерная связь между спутниками
Размещение чипов в космосе решает одну инфраструктурную проблему, но порождает другую. Дата-центры выделяют колоссальное количество тепла, из-за чего охлаждение стало важнейшей частью инфраструктуры ИИ. Можно ошибочно предположить, что холод космического пространства упростит эту задачу, однако на практике это не так. Космос представляет собой вакуум, а значит, вокруг горячего процессора нет потоков воздуха, способных отводить тепло. Вместо этого инженерам Google приходится передавать тепло на специальные радиаторы, рассеивающие его в космическое пространство. Компания экспериментировала с тепловыми трубками и радиаторами, тестируя систему внутри наземных термовакуумных камер. Наступающая миссия предоставит инженерам первый шанс оценить поведение такого подхода к охлаждению в условиях орбиты.
Охлаждение остается далеко не единственной инженерной сложностью. Если в будущем Google потребуется объединить десятки или сотни спутников в единый гигантский суперкомпьютер, этим устройствам придется обмениваться огромными массивами данных на огромной скорости вокруг Земли. Для объединения аппаратов компания планирует применять лазерную связь. Эксперимент с участием двух спутников, запланированный на 2027 год, должен протестировать эту технологию.
Перспективы и экономические ограничения орбитальных дата-центров
Проект Project Suncatcher находится на сугубо экспериментальной стадии, поэтому ожидать скорого появления Gemini в космосе не стоит. Инженерам и исследователям предстоит преодолеть множество препятствий, причем не только технических, но и экономических. Согласно расчетам специалистов Google, стоимость запусков должна опуститься ниже примерно 200 долларов за килограмм, чтобы строительство и эксплуатация орбитального дата-центра сравнялись по затратам с расходами на энергию для аналогичного наземного объекта. В компании полагают, что цены на запуски могут достичь такого уровня к середине 2030-х годов, однако это лишь предварительный прогноз, а не гарантия.
Помимо этого, открытыми остаются вопросы надежности оборудования, ремонтных работ, бесперебойной связи с Землей и порядка замены компонентов, когда они выработают свой ресурс. Предстоящий запуск должен показать, насколько жизнеспособен такой сценарий в принципе. Не исключено, что инициатива Google в итоге окажется непрактичной. Тем не менее индустрия дошла до этапа, когда сама идея размещения дата-центра в космосе заслуживает запуска полноценной ракеты для проверки.
Помимо технических и экономических барьеров, проект сталкивается с целым рядом других нерешенных вопросов. В их числе специалисты выделяют долгосрочную надежность аппаратуры, особенности проведения возможных ремонтных работ в суровых условиях космоса, организацию стабильной связи с планетой, а также порядок действий при неизбежном выходе компонентов из строя и необходимости их замены.
Дополнительные технические нюансы эксперимента
В ходе предварительных испытаний в лаборатории Крокера при Калифорнийском университете в Дейвисе чипы Google Trillium TPU подвергались целенаправленному обстрелу протонами прямо во время выполнения реальных рабочих задач искусственного интеллекта. По утверждениям разработчиков, процессоры успешно перенесли суммарную ионизирующую дозу излучения, которая существенно превышает показатели, прогнозируемые для полноценной пятилетней космической миссии аппарата.
Для решения проблемы отвода тепла в условиях космического вакуума инженеры задействовали специальные тепловые трубки и радиаторы. Эффективность этой системы уже прошла предварительную верификацию на Земле, где разработчики испытывали ее внутри специализированных термовакуумных камер, однако предстоящий орбитальный полет станет первым реальным испытанием выбранного метода охлаждения в условиях открытого космоса.
Для объединения множества орбитальных аппаратов в единую вычислительную сеть в 2027 году запланирован отдельный специализированный эксперимент. В нем будут задействованы ровно два спутника, с помощью которых компания намерена на практике проверить работоспособность высокоскоростных оптических лазерных каналов связи для обмена гигантскими массивами данных на высокой скорости.
