Google chce sprawdzić, czy układy stworzone do obsługi sztucznej inteligencji mogą działać poza Ziemią. Już 1 października firma ma wysłać na orbitę prototypowy satelita wyposażony w jej układy Tensor Processing Unit (TPU). To kolejny etap ambitnego Project Suncatcher, którego celem jest sprawdzenie, czy w przyszłości centra danych dla AI można budować… w kosmosie.
Google traktuje projekt jako długoterminowy eksperyment badawczy. Zamiast od razu budować ogromną orbitalną infrastrukturę firma chce najpierw odpowiedzieć na znacznie bardziej podstawowe pytanie: czy współczesne układy AI w ogóle poradzą sobie ze środowiskiem kosmicznym?
TPU polecą na orbitę
Testowy satelita ma zostać wyniesiony w ramach misji Transporter-18 na pokładzie rakiety Falcon 9 firmy SpaceX. Start zaplanowano na 1 października. Na jego pokładzie znajdą się zmodyfikowane układy Google Trillium, należące do rodziny TPU przeznaczonej do przyspieszania obliczeń związanych ze sztuczną inteligencją.
Nie będzie to jeszcze kosmiczne centrum danych. Google chce przede wszystkim zebrać dane dotyczące zachowania sprzętu podczas startu i pracy na orbicie. Firma podkreśla, że jest to misja typu proof of concept — eksperyment mający pokazać, co działa, a jakie elementy wymagają dalszego rozwoju.
To istotne, ponieważ układy TPU projektowano przede wszystkim z myślą o centrach danych. W kwietniu Google pokazało kolejną generację własnych procesorów AI, podkreślając ich znaczenie dla trenowania modeli oraz obsługi agentów AI.
Teraz te same założenia dotyczące wydajnych obliczeń firma próbuje przenieść poza atmosferę.
Najpierw trzeba przeżyć start rakiety
Pierwszym problemem nie będzie nawet promieniowanie kosmiczne. Elektronika musi najpierw przetrwać sam start.
Google podaje, że podczas wynoszenia na orbitę sprzęt może być narażony na przyspieszenia i drgania odpowiadające obciążeniom sięgającym około 50–100 g. W przypadku bardzo skomplikowanego sprzętu komputerowego takie warunki mogą prowadzić do uszkodzeń mechanicznych.
Inżynierowie Google przeprowadzili już testy na ziemi, między innymi z wykorzystaniem stołu wibracyjnego symulującego obciążenia występujące podczas startu. Dopiero rzeczywista misja pokaże jednak, jak zmodyfikowane układy zachowają się podczas prawdziwego lotu.
Kosmiczne promieniowanie może uszkodzić AI
Po dotarciu na orbitę zaczyna się kolejny problem. Ziemska atmosfera stanowi naturalną osłonę przed dużą częścią wysokoenergetycznego promieniowania. Satelity znajdują się natomiast w znacznie trudniejszym środowisku.
Promieniowanie słoneczne oraz promieniowanie kosmiczne może powodować tak zwane single-event upsets, czyli pojedyncze błędy w elektronice, w tym zmiany pojedynczych bitów. Przy dłuższej ekspozycji może również dochodzić do stopniowego uszkadzania materiałów półprzewodnikowych.
Google sprawdzało odporność układów Trillium w laboratorium Crocker Nuclear Laboratory należącym do University of California, Davis. Układy poddawano działaniu wiązki protonów o energii 67 MeV, aby zasymulować część warunków radiacyjnych występujących w kosmosie.
Wyniki były dla Google obiecujące. Najbardziej wrażliwym elementem okazała się pamięć HBM (High Bandwidth Memory), która zaczęła wykazywać nieprawidłowości przy skumulowanej dawce około 2 krad(Si). To jednak nadal więcej niż przewidywana dla odpowiednio osłoniętego układu dawka w trakcie pięcioletniej misji, szacowana przez Google na około 750 rad(Si).
Laboratorium nie zastąpi jednak prawdziwego testu orbitalnego. Na orbicie układ będzie jednocześnie wystawiony na wiele różnych czynników, których nie da się w pełni odtworzyć podczas pojedynczego eksperymentu na Ziemi.
W kosmosie nie ma wentylatorów
Jeszcze inny problem może okazać się równie istotny: odprowadzanie ciepła.
W typowym centrum danych ciepło produkowane przez procesory można odbierać za pomocą systemów chłodzenia, a następnie przekazywać do otoczenia między innymi za pomocą powietrza. W próżni kosmicznej nie ma natomiast konwekcji.
Ciepło trzeba więc ostatecznie wypromieniować w przestrzeń kosmiczną.
Google testowało już rozwiązania wykorzystujące między innymi rurki cieplne oraz radiatory. Pojedynczy TPU może wymagać około 1,3 m² powierzchni radiatora, aby skutecznie pozbywać się generowanego ciepła. Jeśli przyszłe satelity miałyby przenosić dziesiątki takich układów, powierzchnia potrzebna do odprowadzania ciepła szybko stałaby się znaczącą częścią całej konstrukcji.
To pokazuje, że zbudowanie orbitalnego centrum danych nie sprowadza się do przykręcenia procesorów do satelity. Cała infrastruktura musi zostać zaprojektowana od początku z uwzględnieniem warunków panujących w kosmosie.
Google chce zasilać AI energią ze Słońca
Dlaczego Google w ogóle chce przenosić obliczenia AI na orbitę?
Jednym z powodów jest energia. Centra danych potrzebują coraz większej ilości prądu, a rozwój AI dodatkowo zwiększa zapotrzebowanie na moc obliczeniową. Tymczasem odpowiednio dobrane orbity mogą zapewniać satelitom dostęp do światła słonecznego przez niemal cały czas.
Według Google panele słoneczne umieszczone na odpowiedniej orbicie mogą w określonych warunkach produkować nawet osiem razy więcej energii niż porównywalne instalacje na Ziemi, a jednocześnie mogą pracować przez większą część czasu bez przerw związanych z nocą.
To właśnie na tej idei opiera się Project Suncatcher. Google wyobraża sobie przyszłość, w której wiele niewielkich satelitów tworzy wspólnie ogromną infrastrukturę obliczeniową.
Dziesiątki satelitów zamiast jednego centrum danych
Orbitalne centrum danych nie musiałoby być jednym ogromnym satelitą. Wręcz przeciwnie — Google zakłada wykorzystanie konstelacji wielu niewielkich jednostek.
To rodzi jednak kolejny problem: komunikację.
Jeżeli dziesiątki satelitów mają wspólnie trenować lub uruchamiać modele AI, muszą wymieniać między sobą ogromne ilości danych. Zwykłe połączenia radiowe mogą być niewystarczające. Google bada więc wykorzystanie laserowej komunikacji między satelitami, czyli tak zwanych free-space optical links.
Firma już przeprowadziła demonstrację takiej technologii, osiągając przepustowość 800 Gb/s w każdym kierunku, czyli 1,6 Tb/s łącznie. W przyszłym systemie Google chce jednak osiągnąć jeszcze większą skalę.
W jednym z analizowanych przez Google wariantów klaster mógłby składać się nawet z 81 satelitów znajdujących się w odległości około kilometra od siebie. Tak bliskie rozmieszczenie ma ułatwić uzyskanie odpowiednio wysokiej przepustowości połączeń optycznych.
To dopiero początek
Google nie twierdzi, że wkrótce zastąpi naziemne centra danych orbitalnymi serwerowniami. Project Suncatcher jest znacznie wcześniejszym eksperymentem.
Firma musi jeszcze rozwiązać problemy związane z chłodzeniem, odpornością elektroniki, komunikacją, utrzymywaniem odpowiedniego położenia satelitów, przesyłaniem danych na Ziemię oraz przede wszystkim kosztami wynoszenia całej infrastruktury na orbitę.
Jeżeli jednak pierwsze testy zakończą się powodzeniem, Google będzie miało podstawy do przeprowadzenia kolejnych eksperymentów. Firma zapowiada dalsze prace z wykorzystaniem prototypowych satelitów, które mają między innymi sprawdzić działanie optycznych połączeń między jednostkami.
Na razie więc trudno mówić o „centrum danych w kosmosie”. 1 października Google chce przede wszystkim sprawdzić, czy jego układy AI potrafią przetrwać start, promieniowanie i pracę w próżni. Jeśli odpowiedź okaże się twierdząca, rozpocznie się znacznie większy eksperyment: próba zbudowania skalowalnej infrastruktury AI poza Ziemią.
Project Suncatcher jest jednym z najbardziej nietypowych pomysłów Google na rozwiązanie problemu rosnącego zapotrzebowania na moc obliczeniową. Jeżeli koncepcja okaże się wykonalna technicznie i ekonomicznie, przyszłe centra danych mogą wyglądać zupełnie inaczej niż dzisiejsze hale wypełnione serwerami.
Marcin Kaczmarczyk
Foto: ChatGPT Image/AI.