Тема частной космонавтики сейчас, переживает ренессанс. Если в 2010-х, нам продавали тему космического туризма и добычи минеральных ресурсов на астероидах, то в 2020-х частная космонавтика вернулась в оболочке темы космических дата-центров. Идея орбитальных (или вообще лунных) серверных начала форсится еще на рубеже десятилетий, но по-настоящему взлетела в последнюю пару лет, на волне ИИ-хайпа. Адепты космических ЦОД указывают на то что дата-центры на Земле потребляют огромное количество энергии, а также воды для охлаждения, так что разумно разместить их в космосе. И поскольку тема вычислительных мощностей, как напрямую связанная с ИИ сейчас является радиоактивной, венчурные инвесторы охотно качают бабло в стартапы, планирующие строить ЦОД на орбите и даже на Луне. Чтобы понять что перед нами настоящая новая итериация частной космонавтики, достаточно почитать новости на Servernews по тегу "космос", а также ознакомиться вот с этой новостью. На теме космических ЦОД уже успел отметиться сам Илон Маск, а также Безос. Аналитики пророчат, что главной задачей очередного космического стартапа Relativity Space (занимающегося нелегким трудом создания частных космических ракет), на которой данная компания собственно и поднимется, после покупки ее Эриком Шмидтом, станет именно запуск космических ЦОД. 

Однако, реальные профессионалы в области реальной космонавтики, настроены мягко говоря, крайне скептически по отношению к идее космических ЦОД. Так например один из инженеров NASA в отставке, недавно назвал подобные проекты кошмарной, никуда не годной идеей: 

 

Идея перенести ЦОД и ИИ в космос для решения ряда кардинальных проблем с потреблением, экологичностью и масштабированием более сложна в реализации, чем кажется на первый взгляд. На словах всё выглядит вполне реально, вопрос якобы заключается только в финансировании проектов. Бывший инженер NASA с учёной степенью объяснил, что это «ужасная, кошмарная, никуда не годная идея».

На пути к ЦОД в космосе существует несколько барьеров, каждый из которых будет сопряжён с решением сложнейших инженерных задач. В конечном итоге все они могут быть решены до определённого уровня, но в том объёме, о котором мечтают занимающиеся искусственным интеллектом компании, этот уровень будет недостижим на современном этапе развития науки и техники человеческой цивилизации.

Начнём с питания. Согласно всем заявлениям адептов «зелёной» генерации, на орбите — бесконечный и непрерывный источник солнечной энергии, поскольку Солнце там никогда не заходит, а ослабляющей его лучи атмосферы нет. Для примера: солнечные панели МКС площадью 2500 м² в пике способны выработать 200 кВт энергии. Условный ускоритель Nvidia H200 с обвязкой потребляет 1 кВт. Этой энергии, батарея для сбора которой создавалась годами, хватит на питание примерно трёх стоек с ускорителями Nvidia H200. На Земле новые ЦОД с ускорителями Nvidia будут содержать десятки тысяч ускорителей. Питание ЦОД с 10 000 GPU Nvidia потребует вывода на орбиту 500 спутников с батареями как у МКС — а это лучшее, что у нас сегодня есть. Звучит нереально.

Как вариант, можно поговорить о ядерной установке на орбите. В настоящее время для подобного разрешено использовать радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ), которые обычно вырабатывают от 50 до 150 Вт. Можно ещё пофантазировать о ядерном реакторе на орбите Земли. Аварийный или плановый сход всего этого «добра» в атмосферу приведёт к загрязнению планеты радиоактивными материалами, поскольку может разбросать их по значительной территории.

Охлаждение серверов в космосе — это ещё одна трудноразрешимая инженерная задача. Вопреки расхожему мнению, «космического холода» в буквальном смысле не существует. Средняя температура на спутнике будет такой же, как средняя температура на Земле, но только если спутник вращается как «курица на вертеле», по словам автора. В тени температура тел в вакууме будет понемногу снижаться за счёт инфракрасного излучения до уровня фонового излучения в галактике, что составит немногим больше абсолютного нуля. На солнечной стороне в это время будет нагрев до нескольких сотен градусов. Но это не вся проблема.

На Земле за счёт обдува радиаторов воздухом или охлаждения проточной водой за счёт конвекции тепло довольно легко передаётся в контур охлаждения. В вакууме таких условий нет, поэтому простые радиаторы там бесполезны. Решать придётся не проблему охлаждения, а проблему терморегуляции. На МКС это сложный контур с аммиаком в качестве теплоносителя и выносными панелями большой площади, которые за счёт естественного излучения сбрасывают тепло в пространство.

Система активного терморегулирования (ATCS) на МКС — пример такой системы отвода тепла. Предельная мощность рассеивания панелей на МКС составляет 16 кВт, то есть примерно 16 графических процессоров H200 — немного больше, чем четверть наземной стойки. Система тепловых радиаторов имеет размеры 13,6 × 3,12 м, то есть примерно 42,5 м². Если взять за основу 200 кВт и предположить, что вся эта мощность будет подаваться на графические процессоры, то нам понадобится система радиаторов в 12,5 раза больше, то есть примерно 531 м², или около 20 % от площади соответствующей солнечной батареи. Со всей этой обвязкой это будет очень большой спутник, площадь которого будет в разы больше площади МКС — и всё это ради трёх стандартных серверных стоек на Земле.

Третья проблема — радиация. Солнечное и космическое излучение — это бесконечные потоки заряжённых частиц. Космические частицы могут обладать колоссальной энергией. Пролёт заряжённой частицы через чип может переключить состояние транзистора (ячейки) и даже полностью вывести его из строя. Деградация чипов будет идти быстро и неконтролируемо. Сегодня для космоса производят микросхемы по не самым новым техпроцессам (это делает их менее уязвимыми для радиации), а также с учётом особой архитектуры. В случае ускорителя Nvidia и всех остальных тоже ни одно, ни другое условие не соблюдено. Запускать такое в космос — это всё равно что выбросить.

Надёжное экранирование электроники в космосе невозможно. Во-первых, подъём лишней массы в космос на ракете будет по цене золота. Во-вторых, особенно сильные космические частицы, ударяясь в экран, создают лавину частиц с меньшими энергиями, которые вынесут электронику как выстрел из дробовика на близком расстоянии.

Наконец, связь. Каналы связи с космосом на пару порядков уже, чем оптические каналы связи внутри ЦОД. Для ИИ это может быть не так критично, но хорошего в слабых каналах связи мало. Это ухудшит процесс масштабирования, и с этой проблемой тоже придётся разбираться.

Автор резюмирует: «Полагаю, это вполне возможно, если вы действительно этого хотите, но, как я уже показал выше, добиться этого будет крайне сложно, это будет непропорционально дорого по сравнению с центрами обработки данных на Земле, а производительность в лучшем случае будет посредственной. Если вы всё ещё считаете, что это того стоит, удачи вам — космос это сложно. Лично я считаю, что это катастрофически плохая идея, но решать вам».

С нашей стороны можно добавить проблему уязвимости космических ЦОД для вмешательства третьих сторон. На Земле серверные залы хорошо охраняются, а особенно важные объекты строятся в специальных укрытиях. В космосе это невозможно. Для защиты космических ЦОД от атак придётся содержать флот. Наконец, космический ЦОД в случае нужды уничтожит мешок гаек на нужной орбите.

Пока вся эта история с центрами обработки данных в космосе больше похожа на раздувание пузыря вокруг ИИ. Руководство космических компаний и разработчиков аппаратных решений затруднительно назвать неучами или авантюристами. Остаётся заподозрить их в вольном или невольном стремлении лить воду на мельницу сомнительных коммерческих интересов. Так ли это? Остаётся только догадываться.

Источник:

На мой взгляд, тут наиболее серьезными претензиями являются энергетическое обеспечение космических ЦОД и проблема с радиацией. Нам постоянно втирают, что ЦОД для ИИ потребляют огромное количество энергии, что не по энвайронменталистски (жить не на энергетическом пайке - углеродный грех и мерзость перед Гайей), а вот на орбите нас ждет огромное количество бесплатной солнечной энергии - только подбирай. На практике же, одной из главных проблем возобновляемой энергии, является необходимость в огромных собирающих полях (мы ведь энергию собираем, а не потребляем природный запас, как с нефтью и углем). А это, требует от нас, вывода в космос гораздо большей массы, чем предполагалось, по сути, потребуется строить на орбите кострукции, сравнимые по размеру с городами. Задача сложная и дорогая и влетит в такую копеечку, что возникает вопрос об элементарной рентабельности. 

Ну и конечно, космическая радиация куда как страшнее для электроники чем для людей. Именно поэтому, для космонавтики делают свою, защищенную от радиации специализированную электронику, где главное - не производительность процессоров, а их защищенность и надежность. Так например, в чередине 2010-х, мир облетела новость, о том что новый корабль NASA "Орион" использует в своем бортовом компьютере микропроцессор PowerPC 750FX, выпущенный в начале 00-х. Очень символично. Так что, для космических ЦОД понадобятся принципиально новые как CPU, так и GPU - с одной стороны, самой последней модели, сделанные по новейшим техпроцессам - а с другой, обеспеченные надежной радиационной защитой. Создать такие чипы - это отдельная задача и я что-то не слышал чтобы NVIDIA или AMD сообщали хотя бы о том что работают над чем-то подобным. 

Так что, мы можем с уверенностью сделать вывод, что стартапы разрабатывающие космические ЦОД - это очередные мартышки для раундов финансирования. Такие же, какими были стартапы типа Planetary Resources, или DSI. 

Мы создали новый канал на Dzen "Президентская кампания - 2024", отсылающий к судьбоносному 2024 году, который поистине стал переломным в истории XXI века. Там публикуется гораздо больше подробных материалов, освещающих темы науки, технологий и общества/политики - трех реперных точек, на которых основан наш проект. У нас есть материалы, есть идеи, но нам нужны подписчики. Нам нужны - вы! Подпишитесь на канал - и будьте в курсе всех обновлений!