В январе компания SpaceX Элона Маска подала заявку в Федеральную комиссию по связи США на запуск до миллиона дата-центров на орбиту Земли. Задача — дать ИИ развернуться на полную мощность, не создавая на планете экологических проблем. Но реально ли это реализовать?
SpaceX присоединилась к череде технологических фирм, которые продвигают идею орбитальной инфраструктуры для вычислений. Год назад основатель Amazon Джефф Безос отметил, что отрасль перейдет к масштабным вычислениям в космосе. Google планирует вывести на орбиту тестовую группировку из 80 спутников уже в будущем году. А в ноябре стартап Starcloud из штата Вашингтон запустил спутник с высокопроизводительным графическим процессором Nvidia H100 — это стал первый орбитальный тест чипа для продвинутого ИИ. Фирма рассчитывает на орбитальные дата-центры сопоставимых с земными размеров к 2030 году.
Сторонники идеи уверены: перенос дата-центров в космос имеет смысл. Взлет ИИ перегружает энергосистемы и усиливает потребность в воде для охлаждения оборудования. Местные жители рядом с крупными объектами беспокоятся из-за роста цен на эти ресурсы и других последствий.
В космосе, по мнению энтузиастов, решатся вопросы с водой и энергией. На солнцесинхронных орбитах с постоянным освещением дата-центры получат непрерывный солнечный свет. Избыточное тепло просто уйдет в холодный вакуум. Стоимость запусков падает, а мегаракеты вроде Starship от SpaceX обещают дальнейшее снижение цен — в итоге перенос земных дата-центров может стать выгодным бизнесом. Критики же рисуют иную картину, указывая на серьезные технические барьеры, хотя некоторые эксперты считают их преодолимыми в обозримом будущем. Вот четыре ключевых условия для воплощения орбитальных дата-центров.
Способ эффективно отводить тепло
Дата-центры для ИИ генерируют огромное количество тепла. Космос выглядит идеальным местом для его сброса без трат воды. Однако все не так просто. Чтобы круглосуточно питаться энергией, орбитальный дата-центр должен находиться на постоянно освещенной траектории — от полюса к полюсу, не заходя в тень Земли. Там температура оборудования никогда не опустится ниже 80 °C, что слишком горячо для долгой безопасной работы электроники.
Извлечь тепло из такой системы неожиданно сложно. «Термическое управление и охлаждение в космосе — это огромная проблема», — отмечает Лилли Айхингер, глава австрийского космического стартапа Satellives.
На Земле тепло уходит в основном за счет конвекции — движения газов и жидкостей вроде воздуха или воды. В вакууме полагаются на менее эффективную радиацию. Чтобы безопасно вывести тепло от компьютеров и поглощенное от Солнца, требуются обширные излучающие поверхности. Чем массивнее спутник, тем труднее рассеивать внутреннее тепло наружу.
Но Ивор Дюран, экс-директор по технологиям в европейском гиганте Thales Alenia Space, утверждает: решение уже существует. Компания создала систему для крупных телекоммуникационных спутников — хладагент циркулирует по сети трубок с помощью механического насоса, перенося тепло от внутренних частей к внешним радиаторам. Дюран возглавил исследование 2024 года о целесообразности орбитальных дата-центров: оно показало, что Европа способна вывести на орбиту гигавадтные объекты — сравнимые с крупнейшими на Земле — до 2050 года. Такие сооружения будут куда больше планов SpaceX, с солнечными панелями протяженностью в сотни метров — крупнее Международной космической станции.
Чипы, выдерживающие радиационную бомбардировку
Орбита вокруг Земли постоянно обстреливается космическими частицами и солнечным излучением. На поверхности планеты люди и устройства защищены атмосферой и магнитосферой от этой агрессивной смеси заряженных частиц. Чем дальше от Земли, тем слабее защита. Исследования демонстрируют повышенный риск рака у экипажей самолетов из-за частого пребывания на высоте, где атмосфера разреженная.
Высокая радиация угрожает электронике тремя видами проблем, объясняет Кен Май, ведущий специалист по системам в области электротехники и информатики Университета Карнеги — Меллона. Одноразовые сбои (single-event upsets) вызывают перевороты битов и порчу данных, когда частицы поражают чипы и память. Со временем ионизирующая радиация накапливает повреждения, снижая характеристики. Иногда частица выбивает атомы в структуре чипа, нанеся необратимый вред.
Раньше компьютеры для космоса проходили годы тестов и создавались специально для орбитальной радиации. Такие радиационно-стойкие электроника дороже, а производительность отстает от земных новинок на годы. Запуск обычных чипов — лотерея. Однако Дюран подчеркивает: свежие процессоры по умолчанию лучше сопротивляются радиации, чем старые. В середине марта Nvidia представила аппаратное обеспечение, включая новый GPU, «приносящее ИИ-вычисления в орбитальные дата-центры».
Чен Су, руководитель маркетинга по edge AI в Nvidia, пояснил, что «системы Nvidia — коммерческие готовые решения, где стойкость к радиации достигается на уровне всей системы, а не только за счет специального кремния». Производители спутников усиливают защиту экранированием, продвинутым ПО для выявления ошибок и архитектурами, сочетающими потребительские чипы с кастомными радиационно-усиленными компонентами.
Управление перегруженной орбитой
Тем не менее Кен Май подчеркивает: околоземное пространство уже переполнено спутниками. Только Starlink ежегодно проводит сотни тысяч маневров для избежания столкновений с мусором и другими аппаратами. Чем больше объектов, тем выше риск катастрофической аварии, которая заполнит орбиту тысячами опасных обломков.
Крупные конструкции с солнечными панелями площадью в сотни квадратных метров быстро изрешечатся от мелких фрагментов космического мусора и метеоритов. Это приведет к деградации панелей и росту количества обломков. Разместить миллион спутников в низкой околоземной орбите — на высоте до 2000 километров — безопасно вряд ли возможно, если все аппараты не входят в единую сеть для координации маневров, считает Грег Виаль, основатель стартапа по орбитальной переработке Lunexus Space.
«В одну орбитальную оболочку входит примерно 4–5 тысяч спутников, — говорит Виаль. — Если учесть все оболочки низкой орбиты, максимум выйдет около 240 тысяч.»
Аппараты должны разминуться на безопасном расстоянии. «Кроме того, нужно поднимать технику на более высокие орбиты и возвращать ее для схода с орбиты, — добавляет он. — Поэтому между спутниками требуется зазор минимум в 10 километров. Гигантские группировки вроде Starlink упаковывают плотнее благодаря связи между собой. Но миллион спутников вокруг Земли возможен только при монополии».
К тому же Starlink, вероятно, захочет обновлять орбитальные дата-центры современной техникой. Замена миллиона спутников раз в пять лет усилит трафик — и частоту возвращения мусора в атмосферу с трех-четырех кусков в день до одного каждые три минуты, подсчитали астрономы, возражавшие против заявки SpaceX в FCC. Некоторые ученые опасаются: сход обломков повредит озоновый слой и нарушит тепловой баланс планеты.
Экономичный запуск и сборка
Чем дольше оборудование держится на орбите, тем выгоднее вложения. Однако для окупаемости нужны относительно дешевые запуски. SpaceX рассчитывает на мегаракету Starship, которая унесет в шесть раз больше груза, чем нынешняя Falcon 9. Исследование Thales Alenia Space сделало вывод: Европе для своих орбитальных дата-центров придется создать аналогичный носитель.
Но запуск — лишь полдела. Масштабный дата-центр не поместится даже в мегаракету. Его придется собирать на орбите, а для этого нужны передовые роботы, которых пока нет. Несколько фирм тестировали прототипы на Земле, но до практики далеко.
Дюран прогнозирует: в ближайшее время небольшие дата-центры станут частью орбитальной инфраструктуры, обрабатывая снимки с спутников наблюдения прямо в космосе, без спуска на Землю. Это сильно поможет поставщикам космических данных — объемы огромны, а борьба за слоты на наземных станциях для передачи усиливается.
«Плюс орбитальных дата-центров в том, что можно стартовать с компактных серверов и поэтапно наращивать мощности, — говорит Дюран. — Использовать модульность. Учиться постепенно и накапливать промышленный опыт в космосе. Технологии готовы, спрос на такую инфраструктуру колоссальный — стоит развивать идею».
Мелкие установки вряд ли существенно облегчат давление на земные ресурсы вроде воды и электричества. Видение массового переноса может сбыться через десятилетия — если вообще взлетит.