Развитие ИИ спровоцировало взрывной рост спроса на центры обработки данных — дата-центры. Эти весьма прожорливые системы фактически уже конкурируют с городами за электричество. Звучат предложения строить новые атомные электростанции специально для них.
Техномиллиардеры предлагают смелое решение — разместить дата-центры на околоземной орбите. Солнечные батареи обеспечат их энергией, а экологические издержки будут только на этапе производства и запуска.
Джефф Безос, основатель Amazon и владелец космической компании Blue Origin, считает, что в ближайшие 20 лет космические дата-центры станут рентабельнее наземных. В марте 2025 года бывший главный исполнительный директор Google Эрик Шмидт приобрел компанию Relativity Space, работающую над производством космических ракет с помощью 3D-печати. Позже бизнесмен уточнил, что его интересует именно создание космических дата-центров. Илон Маск недавно заявил в социальной сети X (заблокирована в России), что его компания SpaceX займется созданием дата-центров на основе спутников Starlink третьей модификации (Starlink V3). Не остается в стороне и Google: 4 ноября компания опубликовала пресс-релиз о проекте Suncatcher («Ловец солнца»). Корпорация планирует запустить в космос «экспериментальную миссию» (learning mission) к началу 2027 года.
Между тем 2 ноября ракета Falcon 9 компании SpaceX вывела на орбиту спутник Starcloud-1, принадлежащий стартапу Starcloud. На борту небольшого аппарата весом 60 кг — новейший графический процессор Nvidia H100. Этот процессор, представленный всего два года назад, вероятно, самый мощный из когда-либо побывавших в космосе. Цель испытаний, рассчитанных на 11 месяцев — проверить, как он поведет себя на орбите. Космический стартап, основанный менее двух лет назад, уже ведет разговоры о космическом дата-центр мощностью 5 GW, запитанном от солнечной батареи площадью 4 км2.
Что это, назревающая революция в отрасли или очередные сказки для инвесторов? Попытаемся разобраться на основе препринта компании Google, излагающего технические подробности проекта Suncatcher.
Оптоволокно на орбиту?
Прежде всего, на какую орбиту запускать дата-центр? Хорошо было бы висеть над одной точкой земной поверхности, чтобы иметь постоянную связь с Землей. Это означает геостационарную орбиту высотой около 36 000 км. Запуск на нее — дорогое удовольствие, к тому же она плотно забита спутниками связи. Авторы препринта предлагают иное решение: орбиту «восход-закат» на высоте 650 км. На такой орбите для спутника не наступает ночь. Его солнечные батареи постоянно освещены либо восходящим, либо заходящим Солнцем, в зависимости от того, над каким полушарием планеты он находится.
Но тут же появляется первая трудность: непрерывной связи с дата-центром не получится. На такой низкой орбите спутник будет ненадолго показываться в поле зрения наземных станций и возвращаться лишь на следующем обороте. В совокупности речь может идти, наверное, о нескольких часах связи в сутки. Как передать в дата-центр гигантские объемы информации, которые он должен обрабатывать, и выгрузить результаты? Авторы не предлагают ответа, ограничиваясь замечанием, что связь с Землей можно поддерживать по лазерному лучу. Лазерная связь «космос — Земля» уже опробована. В экспериментах достигнута скорость передачи данных 200 Гбит/с. Это примерно соответствует пропускной способности оптоволоконных линий связи с дата-центрами, но они-то подключены круглосуточно.
Вальс на предельных скоростях
Запустить на орбиту аппарат размером и массой с современный дата-центр практически невозможно. Эксперты предлагают изящный выход: дата-центр должен быть не монолитным сооружением, а группировкой из десятков спутников, поддерживающих связь между собой опять-таки по лазерному лучу. Однако коммуникация между разными частями дата-центра должна быть еще быстрее — до 10 Тбит/с. Авторы предлагают добиться этого, заставив спутники летать невиданно тесным роем. На скорости почти 8 км/с придется выдерживать расстояние между соседними аппаратами всего 100–200 метров. Оно еще и будет непрерывно колебаться, подчиняясь законам небесной механики. Это при том, что гравитационное поле над разными точками Земли несколько отличается — в нем есть свои «ямы» и «горки». Да и остатки атмосферы будут подтормаживать спутники. Авторы признают, что подобный высший пилотаж выходит за пределы доступных технологий, но надеются, что ИИ обеспечит нужную точность управления.
Не умереть от радиации
Застарелая боль космических инженеров — уязвимость электроники перед космическим излучением. Заряженные частицы, несущиеся сквозь Вселенную, проникают в микросхемы. В лучшем случае это может вызвать сбой в работе, а в худшем — полный выход из строя. Поэтому в космос летает особая радиационно-стойкая электроника. За эту устойчивость приходится расплачиваться снижением вычислительной мощности. До запуска Starcloud-1 самым мощным процессором вне Земли, видимо, обладал марсианский вертолет Ingenuity. На его борту стоял Snapdragon 801 — довольно заурядный процессор для смартфона с тактовой частотой 2,26 ГГц. Межпланетный перелет он провел выключенным, а космическое излучение опасно только для включенной электроники. Бортовой компьютер Ingenuity включили только в атмосфере Марса, обеспечивающей какую-никакую защиту от радиации.
Специалисты Google заявляют, что провели эксперименты над собственными процессорами TPU V6e Trillium Cloud. Экспериментаторы облучали технику протонами с энергией 67 Мэ В, имитирующими космические лучи. Процессоры продолжали работать без существенных сбоев, даже получив дозу значительно выше расчетной. Это интересный результат, но обольщаться не стоит. Космические лучи имеют сложный состав, в них встречаются и частицы намного большей энергии. Вообще воспроизвести эффект длительного космического облучения в кратком наземном эксперименте — непростая задача. Решающими станут испытания коммерческих процессоров на орбите, начало которым положил Starcloud-1. Однако довольно сложно поверить, что все эти годы огромная космическая отрасль сидела на «вычислительной диете» без веских причин.
Горячий вопрос
Следующая проблема: как охлаждать космический дата-центр? Большая ошибка думать, что в космосе холодно, а потому все легко остывает. Вакуум — идеальный теплоизолятор. Охлаждение там происходит только за счет излучения тепла, а это очень неэффективный механизм. Иначе автомобилям не нужны были бы радиаторы, а компьютерам — встроенные вентиляторы. Между тем при работе дата-центров выделяется столько тепла, что их охлаждение становится проблемой даже на Земле. В поисках выхода опробованы даже такие экстравагантные решения, как размещение дата-центров под водой. А что делать в космосе, где нет ни воды, ни воздуха? Авторы осторожно отвечают, что проблема охлаждения потребует новых материалов и технологий.
Цена поездки
Наконец, сакраментальный вопрос: сколько все это будет стоить? В Google полагают: чтобы стоимость запуска дата-центра в космос с его бесплатной солнечной энергией была примерно сопоставима со стоимостью потребляемой энергии на Земле, нужно доставлять грузы на низкую орбиту по цене $200 за килограмм или дешевле. Авторы рассчитывают на самого демократичного космического перевозчика — SpaceX. Они подсчитали: цена за доставку килограмма груза снижается на 20% при каждом удвоении суммарной массы запущенных Falcon (всех типов вместе, от от Falcon 1 до Falcon Heavy). Если динамика сохранится, потребуется целых 180 запусков Starship в год, чтобы планка в $200 за килограмм была взята к 2035 году. Впрочем, если один экземпляр Starship действительно можно будет использовать до 100 раз, как надеется Маск, он может обрушить цены гораздо быстрее.
Но даже если замена земной энергии в дата-центрах на солнечную станет рентабельной, разработка всех необходимых технологий может затянуться на десятилетия. Что за «экспериментальную миссию» сможет запустить Google к 2027 году — огромный вопрос, но точно не рабочий прототип. Инвестиции в такой проект могут быть только долгосрочными и очень рискованными.