Центры обработки данных в космосе: не так безумно, как кажется

При наличии подходящих технологий они могут оказаться дешевле земных аналогов.

Илон Маск считает, что это станет осуществимо «в течение двух лет, максимум трёх». Сэм Альтман из OpenAI называет идею «нелепой… мы ещё не готовы к такому». Google планирует протестировать концепцию в следующем году. Эрик Шмидт, бывший глава компании, приобрёл ракетно-космическую фирму, чтобы продвигать эту идею. Суть в том, чтобы выяснить: возможно, лучшее место для размещения центров обработки данных для искусственного интеллекта — не на Земле, а в космосе?

Строить наземные центры обработки данных становится всё сложнее. По данным исследовательской организации Sightline Climate, из глобального объёма мощностей, которые должны быть введены в эксплуатацию в этом году, 30-50 % могут быть задержаны — против 26 % в 2025 году. На то есть множество причин: получение разрешений и подключение к энергосетям требует времени; общественное сопротивление (из-за него несколько американских штатов предложили ввести мораторий на новые проекты) остаётся высоким; спрос на электроэнергию стремительно растёт.

Именно поэтому идея вывести на орбиту группировку вычислительных спутников — там, где солнечной энергии в избытке, — кажется некоторым вполне разумной. Маск недавно объединил свою ракетную компанию SpaceX с xAI, стартапом в сфере ИИ, именно с этой целью, и подал заявку на лицензию для строительства орбитального центра обработки данных, который может включать до 1 миллиона спутников. Но имеет ли это смысл?

Наиболее очевидное препятствие — стоимость запуска. SpaceX доставляет грузы на орбиту по цене около 1 500 долларов за килограмм с помощью Falcon Heavy или 3 400 долларов/кг с помощью Falcon 9 (фактическая себестоимость для SpaceX составляет примерно 25 % от этой суммы).

Однако не менее важны ещё два показателя:

• удельная мощность (сколько ватт вычислительной мощности можно обеспечить на килограмм массы спутника);
• стоимость спутника (в долларах за ватт вычислительной мощности).

Они во многом зависят от веса и эффективности солнечных панелей и теплоотводящих радиаторов. Ещё один неопределённый фактор — влияние радиации на надёжность ИИ-чипов, работающих в космосе. Чтобы оценить целесообразность орбитальных центров обработки данных, необходимо получить оценки по всем этим параметрам.

Эндрю МакКалип, инженер из космического стартапа Varda, создал веб-калькулятор, позволяющий сравнить стоимость орбитального центра заданной мощности со стоимостью наземного аналога. По его расчётам, строительство и эксплуатация в течение пяти лет центра мощностью 1 ГВт на Земле обойдётся в 15,9 миллиарда долларов. Орбитальный аналог — при стоимости запуска 500 долларов/кг, удельной мощности 37 Вт/кг, стоимости спутника 22 доллара/Вт и на специальных орбитах, где спутники находятся на свету 98 % времени, — будет стоить колоссальные 51,1 миллиарда долларов. (В эти суммы не включена стоимость ИИ-чипов или графических процессоров — 15-30 миллиардов долларов, — поскольку они нужны в любом случае.) Получается, Земля явно выигрывает? Не совсем.

Компания Starcloud, основанная в 2024 году для реализации идеи орбитальных центров обработки данных, буквально «просчитывает цифры» для ИИ на орбите. В ноябре компания отправила в космос Starcloud-1 — спутник размером с холодильник, оснащённый обычным графическим процессором Nvidia H100, который используется в центрах обработки данных ИИ. С его помощью Starcloud обучила небольшую языковую модель ИИ NanoGPT на произведениях Шекспира и отвечала на запросы с использованием Gemma — открытой языковой модели от Google. Это дало ценные данные о надёжности ИИ-чипов в орбитальных условиях. Кроме того, компания располагает достоверными данными по другим ключевым параметрам.

Начнём с удельной мощности. Показатель МакКалипа в 37 Вт/кг основан на данных о тысячах спутников, используемых в созвездии Starlink компании SpaceX, считающемся передовым решением для обеспечения высокоскоростного интернета по всему миру. Однако спутники Starlink выполняют задачи, не характерные для ИИ-спутников: им нужны дорогостоящие антенны с фазированной решёткой для связи с Землёй, и они должны постоянно сохранять стабильную ориентацию. ИИ-спутники, напротив, не обязаны связываться с Землёй — только с соседями по группировке, используя лазерные каналы связи. Поэтому они смогут выделить гораздо большую долю массы на обеспечение вычислительной мощности.

Без необходимости столь точного позиционирования спутники могут быть оснащены слегка гибкими солнечными панелями — это снизит их массу и дополнительно повысит удельную мощность. Илон Маск заявил, что считает достижимой удельную мощность в 100 Вт/кг для ИИ-спутника, а некоторые эксперты полагают: в будущем, за счёт более эффективных солнечных элементов, возможно достичь и 150 Вт/кг. Филип Джонстон, глава Starcloud, сообщил, что компания нацелена на показатель 70 Вт/кг для будущих спутников — исходя из достаточно консервативных оценок.

Что касается стоимости спутника, Джонстон заявил, что, по расчётам Starcloud, стоимость конструкции составит «менее 5 долларов за ватт» — без учёта стоимости графических процессоров (GPU). Эндрю МакКалип оценивает текущую стоимость спутников Starlink примерно в 22 доллара/Вт — против 32 долларов/Вт у первоначальной версии. И снова: ИИ-спутник должен обойтись дешевле (без учёта GPU), поскольку ему не требуются дорогостоящие компоненты связи.

Передвиньте ползунки в калькуляторе МакКалипа на удельную мощность 70 Вт/кг и стоимость спутника 5 долларов/Вт — и цифры выглядят иначе: теперь орбитальный центр обработки данных мощностью 1 ГВт обойдётся в 16,7 миллиарда долларов, то есть всего на 5 % дороже наземного аналога.

Для таких результатов требуется ряд оптимистичных допущений. Во-первых, цена запуска — 500 долларов/кг, примерно треть от текущих предложений. Но если новая ракета SpaceX Starship начнёт работать, стоимость запусков может резко упасть. Поскольку Starship спроектирована как полностью многоразовая, цена вывода килограмма на орбиту может снизиться до 100-200 долларов, отмечает Джонстон. (Фактическая себестоимость для SpaceX будет значительно ниже — возможно, всего 20 долларов/кг.) Введите в калькулятор МакКалипа цену запуска 200 долларов/кг — и стоимость орбитального центра мощностью 1 ГВт упадёт до 12,1 миллиарда долларов, то есть станет ниже, чем у наземного. Иными словами, идея, возможно, не так безумна, как кажется.

Ещё один неопределённый фактор — охлаждение. Первый спутник Starcloud не мог задействовать GPU круглосуточно: как и ожидалось, он перегревался. В этом году компания планирует запустить второй тестовый аппарат, Starcloud-2, чтобы испытать конструкцию раскладного радиатора для охлаждения. По словам Джонстона, это будет «крупнейший коммерческий развёртываемый радиатор в космосе» — второй по размеру после радиатора Международной космической станции, но с десятикратной теплоотдачей на килограмм массы. Расчёты Starcloud исходят из того, что радиатор будет работать в соответствии с планом.

Некоторые допущения могут оказаться излишне пессимистичными. Например, калькулятор МакКалипа предполагает, что до 9 % GPU, выведенных на орбиту, будут выходить из строя ежегодно. Но один из выводов по итогам работы Starcloud-1, отмечает Джонстон, состоит в том, что «GPU работают в космосе лучше, чем мы ожидали». Точные цифры он раскрывать не спешит. Но если ежегодно будет выходить из строя лишь 5 % GPU, потребуется меньше спутников — и стоимость орбитального центра обработки данных снизится до 11,1 миллиарда долларов.

Разумеется, стоимость наземных центров обработки данных тоже может снизиться — и добиться таких сокращений, возможно, проще, чем строить центры в космосе. Калькулятор МакКалипа исходит из того, что наземные центры используют генераторы на природном газе для электроснабжения, но солнечная энергетика дешевле: это может снизить общую стоимость на 1-2 миллиарда долларов. Строительство также может оказаться значительно дешевле за пределами США — особенно в странах с низкой оплатой труда и обилием солнечного света, таких как Индия.

На данный момент главное — проследить, удастся ли сделать Starship надёжной и многоразовой. Илон Маск активно продвигает идею орбитальных центров обработки данных, готовясь вывести SpaceX на биржу в ближайший год. Со своей стороны, Starcloud движется туда, где, по её ожиданиям, через пару лет окажется «шайба» — предполагая, что Starship откроет возможности за счёт дешёвых запусков. Следующий испытательный полёт Starship, двенадцатый по счёту, ожидается в марте. Многие представители индустрии ИИ будут внимательно следить за ним.

Источник: тк The Bugged.