Az űrben létesített adatközpontok korlátlan napenergiát és ingyenes hűtést ígérnek, a világűr fizikai tulajdonságai azonban épp azokat az előnyöket kérdőjelezik meg, amelyekre az egész elképzelés épül.
Jensen Huang, az Nvidia vezérigazgatója a vállalat márciusi GTC konferenciáján kijelentette, hogy elkezdődött az űrbeli számítástechnika korszaka.
Az űrbéli adatközpontok ötlete valóban kilépett a tudományos fantasztikum világából, és komoly beruházási területté vált. Ennek az egyik jele volt, hogy Elon Musk SpaceX nevű vállalata felvásárolta a szintén az ő érdekeltségébe tartozó xAI-t, és egy űrbeli adatközpontokból álló műhold-konstelláció létrehozását tervezi. Persze a Google sem akar lemaradni, ezért a Planettel közösen bejelentett Project Suncatcher keretében jövő év elejéig két Tensor Processing Unit (TPU) mesterségesintelligencia-chipekkel felszerelt kísérleti műholdat indítana.
| A TPU egy a Google által fejlesztett speciális processzor, amelyet mesterségesintelligencia-modellek számításainak gyorsítására terveztek. A hagyományos processzoroknál hatékonyabban kezeli azokat a nagy mennyiségű matematikai műveleteket, amelyekre például képfelismerésnél, nyelvi modelleknél vagy más gépi tanulási feladatoknál van szükség. |
A Starcloud nevű startup már az amerikai Szövetségi Kommunikációs Bizottsághoz is benyújtotta a 88 ezer műholdból álló, űrbeli adatközpontként működő rendszer tervét. A fent említett elképzelésből az olvasható ki, hogy ezek a vállalatok több ezer műholdból álló flottákban gondolkodnak, amelyek optikai kapcsolatokon keresztül kommunikálnának egymással, a Földdel pedig mikrohullámú összeköttetést létesítenének közvetlenül vagy más műholdak segítségével.
Az elképzelések támogatói az űrbeli számítástechnika számos előnyét emelik ki, a bőséges napenergiát, az ingyenes hűtést, valamint azt, hogy az infrastruktúrát nem veszélyeztetik földrengések, áradások vagy tiltakozók megmozdulásai. Csakhogy maga az űrbeli működés nem olyan egyszerű.
Andrew Cavalier, az ABI Research vezető elemzője szerint azonban a műholdak hűtése nem lenne teljesen ingyenes. Bár a világűr hideg, nincs légköre, így egyetlen hűtési lehetőség marad, a hősugárzás, ezért ahhoz, hogy egy chip ne melegedjen túl az űrben, egy olyan nagy és költséges felületre van szükség, amely elvezeti, majd kisugározza az energiát.
Az űrben valóban bőséges a napenergia, de az csak olyan napelemekkel gyűjthető össze, amelyek folyamatosan és pontosan a Nap felé fordulnak, amihez kiterjedt helyzet- és irányszabályozó rendszerek szükségesek – tette hozzá. További problémát jelent a kozmikus sugarakból és más forrásokból származó ionizáló sugárzás, amely károsítja a napelemeket, a hősugárzó felületeket és magukat a chipeket is.
További nehézség, hogy mivel az űrben nehéz a rendszeres karbantartás, már az indításkor redundáns megoldásokat kell beépíteni.
Költségbecsléskor azt is figyelembe kell venni, hogy a rendszerek hatékonysága idővel csökken. Cavalier készített egy költség-összehasonlítást egy földi és egy űrbeli adatközpont között, és e szerint
egy GPU feljuttatása és egy éven át tartó működtetése az űrben jóval többe kerül, mint ugyanennek a hardvernek a használata egy földi adatközpontban.
Ráadásul az ABI Research úgy véli, hogy az általános célú űrbeli adatközpontok ma még túl drágák ahhoz, hogy gazdaságosan működjenek, még akkor is, ha a földi adatközpontoknak jelenleg az egyik problémája az, hogy sok térségben nehezen jutnak elegendő áramhoz.
A hűtés fizikai adója
Az űrben a hűtés az egyik legnagyobb akadály, mert ahogy említettük, nincs levegő, amely elvezetné a berendezések által termelt hőt, így a fölösleges energiát csak nagy hőleadó felületeken keresztül lehet kisugározni a világűrbe. Ez azt jelenti, hogy minél nagyobb teljesítményű egy adatközpont, annál nagyobb és nehezebb hűtőrendszert kell vele együtt pályára állítani, hiszen az űrben valójában csak a felület nagysága szabályozható.
Egy 700 wattot fogyasztó chip, például a széles körben használt Nvidia H100 esetében valamivel kevesebb mint három négyzetméteres felületre lenne szükség ahhoz, hogy a chip hőmérséklete 20 Celsius-fok maradjon. Ha azonban az üzemi hőmérséklet 85 Celsius-fok, a szükséges felület mérete körülbelül egy négyzetméterre csökken.
Csakhogy ennek a felületét és a hőszabályozó bevonatát az ultraibolya-sugárzás és az alacsony föld körüli pályán jelen lévő atomi oxigén folyamatosan károsítja. Emiatt romlik annak hőkisugárzó képessége, így öt év elteltével ugyanazon üzemi hőmérséklet fenntartásához körülbelül 40 százalékkal nagyobb felületre lehet szükség.
Cavalier számításai szerint az említett H100-as processzor megfelelő hűtéséhez 1,4 négyzetméternyi hőleadó felületre lenne szükség, vagyis egy 32 ilyen processzort tartalmazó, 40 kilowattot fogyasztó szerverállomány esetében ez már 80 négyzetmétert, egy 100 megawattos űrbeli adatközponthoz tehát legalább 2500 hűtőfelület kellene.
E probléma megoldására két megoldást vizsgálnak. Az egyik egy összehajtható hőleadó felület, amit kis helyen lehet feljuttatni, majd az űrben kinyitni, míg a másik, hogy apró cseppek formájában hűtőfolyadékot permeteznének a világűrbe, amelyek útközben leadnák a hőt, majd egy gyűjtőrendszer visszafogná és újra felhasználná őket.
A mai műholdak jellemzően sugárzásálló processzorokat használnak, ám ezek sokkal drágábbak, sőt a teljesítményük jelentősen elmarad a kereskedelmi forgalomban kapható processzorokétól.
Egy hagyományos, sugárzásálló chipnek nincs elegendő számítási teljesítménye egy modern nagy nyelvi modell futtatásához, az űrbeli adatközpontokat tervezők ezért arra kényszerülnek, hogy földi használatra tervezett hardvereket alkalmazzanak.
Vagyis a szükséges számítási kapacitás eléréséhez ugyanazokat az Nvidia H100-as GPU-kat vagy Google TPU-kat kellene használniuk, amelyek a földi szerverekben működnek.
Erre az egyik lehetséges megoldás a vastag, sugárzást elnyelő panelek alkalmazása, ami azonban jelentősen megnövelné az amúgy is nehéz műholdak tömegét. A másik pedig a sugárzás okozta károk ellensúlyozása. A tervezők ezért egyetlen drága, sugárzásálló számítógép helyett több, hagyományos kereskedelmi gépet kapcsolnának össze.
A chipek és az energia korlátai
Az űrbeli adatközpontok egyik nagy előnyének tehát a bőséges napenergiát tartják, csakhogy ennek a hasznosítása nem ingyenes. A szükséges napelemeket ugyanis fel kell juttatni az űrbe, ahol a sugárzás miatt évente 1–3 százalékkal romlik a teljesítményük. Ráadásul, ahogy arról már szó volt, nagyjából minden négyzetméternyi napelem mellé ugyanekkora hőleadó felületre is szükség van.
A rendszer akkor működik a leghatékonyabban, ha a napelemek folyamatosan a Nap, a hűtőfelületek a sötét világűr, az antennák pedig a Föld felé néznek, azonban ennek fenntartásához bonyolult irányítóberendezések kellenek, amik növelik az űreszköz tömegét, energiaigényét és a meghibásodás kockázatát.
Bár a nagy nyelvi modellek tanítása vagy futtatása jelenleg nem tűnik gazdaságosnak az űrben, vannak olyan feladatok, amelyek indokolhatják a nagyobb számítási kapacitást. Ilyen például a földmegfigyelő műholdak adatainak helybeni feldolgozása, hiszen a jelenlegi műholdak naponta több száz terabájtnyi adatot gyűjthetnek harctéri felderítésről, hajók követéséről, földrengésekről vagy az infrastruktúrát ért károkról. Mivel ezt a mennyiséget nehéz továbbítani a Földre, ezért célszerűbb lenne már az űrben kiválogatni a fontos információkat, majd csak azokat lesugározni.
Emellett sürgető feladat az ütközések elkerülésének koordinálása, mivel több mint 17 ezer műhold kering a Föld körül, a Starlink által felküldöttek pedig átlagosan kétpercenként hajtanak végre egy kitérő manővert. Bár a számítások nagy része ma még a Földön történik, a pályák zsúfolódásával a döntéseket a műholdaknak kell meghozniuk, akár ezredmásodpercek alatt.
Ehhez azonban a jelenleginél jóval nagyobb teljesítményű fedélzeti számítógépekre lesz szükség. Mindezek alapján az űrbeli adatközpontok valódi értéke az lehet, hogy közvetlenül a szenzorok mellett dolgozzák fel az adatokat, illetve gyorsan képesek reagálni a veszélyekre.
Bár a technológia fejlődése és az indítások olcsóbbá válása javíthatja a műholdak gazdaságosságát, a már említett gondok megmaradnak. Egyrészt a napelemek és a hőleadó felületek a műhold tömegének a 65-70 százalékát is kitehetik, az űrbeli napelemek pedig jóval drágábbak a földi változatoknál, másrészt a jelenlegi rendszerek germániumot használnak, amelynek az ellátása nagyrészt Kínára épül. És bár a sugárzásálló perovszkit-napelemek változást hozhatnak, azok napi szintű felhasználására még legalább öt évet kell várni.
Mivel ahogy említettük, az űr folyamatosan károsítja a berendezéseket, az ultraibolya-sugárzás rontja a hőleadó bevonatokat, a kozmikus pedig a chipeket, egy több millió dolláros adatközpontot ezért nem lehet magára hagyni, vagyis olyan javítható rendszerekre, újrafelhasználható rakétákra és automata szervizjárművekre lesz szükség, amelyek képesek alkatrészeket is cserélni.
A SpaceX már egy egymillió műholdból álló rendszerben gondolkodik, ám mivel ilyen léptékben az összes adatot nem lehetne visszaküldeni a Földre, ezért a műholdhálózatnak kellene adatközpontként működnie. Ennek az elképzelésnek a sikere azonban nem pusztán a jobb chipeken múlik, vagyis az nyerhet, aki a leghatékonyabban kezeli az energiaellátás és a hűtés korlátait.
