Alphabet zamierza w przyszłym tygodniu wystrzelić prototypowego satelitę. Spółka matka Google chce sprawdzić, czy jej zaprojektowane do pracy ze sztuczną inteligencją układy TPU mogą sprawnie działać w przestrzeni kosmicznej. To pierwszy orbitalny test w ramach projektu Suncatcher, którego docelowym założeniem jest budowa skalowalnej infrastruktury obliczeniowej na orbicie.
Misja zostanie zrealizowana w ramach planowanego lotu SpaceX Transporter-18, realizowanego we współpracy z firmą Planet. Na pokładzie znajdą się układy Tensor Processing Unit, czyli procesory Google przeznaczone do obliczeń związanych ze sztuczną inteligencją. Na tym etapie nie chodzi jeszcze o uruchomienie kosmicznego centrum danych. Google chce przede wszystkim sprawdzić, jak sprzęt zachowa się podczas startu, w warunkach promieniowania oraz przy skrajnych temperaturach panujących na niskiej orbicie okołoziemskiej. W 2027 roku firma planuje przeprowadzić kolejny test, tym razem dwóch satelitów połączonych szybkimi łączami laserowymi.
Google podkreśla, że Suncatcher to długoterminowy projekt badawczy, podobny do wcześniejszych przedsięwzięć określanych mianem moonshot.
Termin ten odnosi się do ambitnych projektów technologicznych, których realizacja wymaga przełamania istotnych barier technicznych, a ich zastosowanie na masową skalę pozostaje kwestią przyszłości. W przypadku Suncatchera szczególnie istotne jest jednak to, że projekt wychodzi już poza fazę koncepcji i przechodzi do testów w realnym środowisku. To podejście przypomina wcześniejsze projekty firmy, takie jak prace nad autonomicznymi pojazdami czy komputerami kwantowymi. Najpierw koncentruje się ona na rozwiązaniu konkretnych problemów technicznych, a dopiero później na możliwościach szerszego zastosowania wypracowanych rozwiązań – tłumaczy Marcin Stypuła, ekspert ds. Google i założyciel agencji marketingu internetowego Semcore.
Stypuła zaznacza również, że jednym z kluczowych powodów, dla których taki projekt w ogóle powstał, jest rosnące zapotrzebowanie sztucznej inteligencji na energię. Modele generatywne wymagają coraz większych mocy obliczeniowych, a ich rozwój przekłada się na rozbudowę centrów danych, sieci energetycznych i infrastruktury chłodzącej.
Google przyznaje, że rosnące zapotrzebowanie na AI zwiększa presję na infrastrukturę energetyczną. W swoim tegorocznym raporcie środowiskowym firma wskazywała na opóźnienia w przyłączaniu nowych źródeł energii do sieci, ograniczenia gruntowe, koszty budowy i bariery regulacyjne. W tym kontekście Suncatcher jest czymś więcej niż eksperymentem kosmicznym. To próba znalezienia nowych źródeł energii potrzebnej do dalszego rozwoju sztucznej inteligencji. Satelity mogą niemal nieustannie korzystać ze światła słonecznego. Według Google na niskiej orbicie okołoziemskiej można potencjalnie uzyskać nawet ośmiokrotnie więcej energii słonecznej niż na powierzchni Ziemi.
Kosmiczne problemy Google
Pierwszy satelita Suncatcher ma pełnić rolę czegoś w rodzaju kosmicznego laboratorium. Google sprawdzi między innymi odporność procesorów na promieniowanie. Wcześniejsze testy prowadzone na Ziemi z użyciem wiązki protonów w laboratorium Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis dały obiecujące wyniki. Układy Trillium TPU wytrzymały dawkę promieniowania większą niż ta, której można oczekiwać podczas pięcioletniej misji kosmicznej. Jednak dopiero prawdziwy lot pozwoli sprawdzić, jak w nowych warunkach zachowają się poszczególne elementy systemu.
Promieniowanie nie jest przy tym problemem czysto teoretycznym. Cząstki wysokoenergetyczne mogą powodować tzw. bit flip, czyli zmianę wartości pojedynczego bitu z zera na jeden albo odwrotnie. W zwykłym komputerze może to oznaczać błąd obliczeń. W systemie pracującym autonomicznie setki kilometrów nad Ziemią problem jest poważniejszy, ponieważ nie można po prostu otworzyć obudowy i wymienić uszkodzonego podzespołu – tłumaczy Marcin Stypuła z Semcore.
Kolejnym problemem są wysokie temperatury. Procesory wykorzystywane w systemach AI zużywają dużo energii, a znaczną jej część podczas pracy zamieniają w ciepło. Na Ziemi można je odprowadzać za pomocą wentylatorów, obiegu powietrza, wody czy rozbudowanych systemów chłodzenia. W próżni nie ma jednak powietrza, które można wprawić w ruch, dlatego ciepło trzeba najpierw przewodzić, a następnie wypromieniować do otoczenia za pomocą odpowiednio zaprojektowanych radiatorów. Google testuje rozwiązanie wykorzystujące rurki cieplne (heat pipes) oraz radiatory. Sprawdzenie jego działania w rzeczywistych warunkach kosmicznych jest jednym z celów misji.
Jeżeli te problemy uda się rozwiązać, następne wyzwanie będzie miało charakter sieciowy. Google nie wyobraża sobie bowiem pojedynczego satelity wykonującego większą część obliczeń. Docelowo satelity mają tworzyć klastry, w których każdy będzie wyposażony w dziesiątki układów TPU, a komunikacja pomiędzy sąsiadami ma się odbywać za pomocą laserów. W 2027 roku firma chce sprawdzić działanie takiego połączenia na dwóch satelitach.
Komunikacja pomiędzy urządzeniami jest istotna przede wszystkim dlatego, że jednym z najbardziej naturalnych zastosowań komputerów na orbicie jest przetwarzanie danych, które już znajdują się w kosmosie. Satelity obserwacyjne produkują ogromne ilości zdjęć i pomiarów. Przesyłanie wszystkich danych na Ziemię wymaga przepustowości, czasu i dostępu do stacji naziemnych. Jeżeli część analizy zostanie wykonana od razu na orbicie, na Ziemię będzie można wysłać same wynik.
Taki model określa się mianem edge computing. Zamiast przesyłać surowe dane do odległego centrum danych, część obliczeń wykonuje się możliwie blisko źródła informacji. W przypadku satelity źródłem może być kamera rejestrująca pożar lasu, statek, zmianę zachmurzenia albo inną anomalię. Algorytm może od razu ocenić obraz, a na Ziemię przesłać jedynie informację, że wydarzyło się coś istotnego. Najbardziej prawdopodobny scenariusz nie polega więc na zastąpieniu ziemskich centrów danych przez kosmiczne, ale na podziale zadań. Orbita może przejąć te obciążenia, dla których ważniejsza od minimalnego opóźnienia jest dostępność energii i możliwość przetwarzania dużych zbiorów danych. Ziemia pozostanie miejscem dla obliczeń wymagających szybkiej reakcji – przewiduje Stypuła.
W tej układance pojawia się jeszcze jeden, istotny problem: tempo starzenia się sprzętu. Serwery na Ziemi można modernizować etapami, wymieniając zasłużone generacje układów. Satelita zaprojektowany na pięć czy siedem lat musi natomiast przez cały ten okres nieprzerwanie funkcjonować na orbicie. Tymczasem układy AI rozwijają się znacznie szybciej. Sprzęt, który w momencie wyniesienia na orbitę jest najnowocześniejszy, kilka lat później może być już technologicznie przestarzały.
Do tego dochodzi ryzyko kolizji i rosnące zatłoczenie orbity okołoziemskiej. Liczba aktywnych satelitów szybko rośnie, podobnie jak liczba śledzonych obiektów pozostających na orbicie. Dla infrastruktury obliczeniowej oznacza to, że bezpieczeństwo nie kończy się na poprawnym wystrzeleniu rakiety. Trzeba jeszcze utrzymywać satelity na właściwych orbitach, monitorować otoczenie i planować ich wycofanie z eksploatacji.
Analizy Boston Consulting Group wskazują, że całkowity koszt posiadania orbitalnej infrastruktury obliczeniowej może być dziś około 2,5 do 3 razy wyższy niż porównywalnej infrastruktury naziemnej. Dla jednego megawata mocy obliczeniowej oznacza to wydatek rzędu 660 do 750 mln dolarów, podczas gdy porównywalna infrastruktura naziemna kosztuje od około 230 do 300 mln dolarów. Ekonomiczna przewaga kosmosu może pojawić się dopiero wraz ze spadkiem kosztów wynoszenia ładunków, seryjną produkcją satelitów i poprawą ich niezawodności.
Rynek kosmicznych centrów danych dopiero się tworzy
Project Suncatcher nie powstaje w próżni. Wokół pomysłu umieszczania mocy obliczeniowej na orbicie zaczyna tworzyć się nowy segment rynku, w którym uczestniczą już nie tylko laboratoria badawcze, lecz także firmy kosmiczne, dostawcy układów scalonych i operatorzy infrastruktury. Skala obecnych projektów pozostaje niewielka, ale kierunek jest wyraźny. Według raportu Space-Based Data Center Market wartość tego rynku może przekroczyć 8,4 mld dolarów w 2035 roku. To wciąż niewiele w porównaniu z globalnym rynkiem centrów danych, ale wystarczająco dużo, by przyciągnąć firmy, które dotychczas nie miały powodu patrzeć na orbitę jak na miejsce dla infrastruktury IT.
W ostatnich miesiącach kolejne projekty przesuwały granicę między satelitą a serwerownią. Starcloud umieścił na orbicie układ Nvidia H100 i testował działanie modeli AI. Axiom Space rozwija własne moduły obliczeniowe przeznaczone do pracy w przestrzeni kosmicznej. Kepler pracuje nad rozproszonymi systemami obliczeniowymi, a SpaceX przedstawił najbardziej ambitną z dotychczasowych wizji: konstelację mogącą liczyć nawet milion satelitów wykorzystywanych do obliczeń. Z kolei firma Blue Origin Jeffa Bezosa ogłosiła plany budowy sieci ponad 50 tys. satelitów.
Nie wszystkie te projekty mają ten sam cel. Jedne zakładają wykorzystanie satelitów do przetwarzania danych zbieranych w kosmosie, inne skupiają się na zapewnieniu szybkiej komunikacji, a jeszcze inne przewidują umieszczanie na orbicie serwerów przeznaczonych do uruchamiania modeli sztucznej inteligencji i wykonywania złożonych obliczeń. Warto przy tym zachować ostrożność wobec określenia „centrum danych w kosmosie”, które może sugerować konstrukcje przypominające współczesne serwerownie.
