Орбітальний штучний інтелект: реальна ціна космічних обчислень

У певному сенсі, все це було неминучим. Ілон Маск та його оточення роками говорять про штучний інтелект у космосі — переважно в контексті науково-фантастичного серіалу Ієна Бенкса про далекий майбутній всесвіт, де розумні космічні кораблі блукають і керують галактикою. 

Тепер Маск бачить можливість реалізувати цю концепцію. Його компанія SpaceX запросила дозвіл у регуляторних органів на будівництво орбітальних центрів обробки даних на сонячній енергії, розподілених по мільйону супутників, які могли б перемістити до 100 ГВт обчислювальної потужності з планети. Повідомляється, що він припустив, що деякі з його супутників зі штучним інтелектом будуть побудовані на Місяці.

«Безумовно, найдешевшим місцем для розміщення штучного інтелекту буде космос через 36 місяців або менше», – сказав Маск минулого тижня в подкасті.

Повідомляється, що керівник відділу обчислень xAI посперечався зі своїм колегою з Anthropic, що до 2028 року 1% світових обчислень буде на орбіті. Google (яка має значну частку власності у SpaceX) оголосила про космічний проект штучного інтелекту під назвою Project Suncatcher, в рамках якого у 2027 році будуть запущені прототипи кораблів. Starcloud, стартап, який залучив 34 мільйони доларів за підтримки Google та Andreessen Horowitz, минулого тижня подав власні плани щодо сузір'я з 80 000 супутників. Навіть Джефф Безос сказав, що це майбутнє.

Але що насправді потрібно, щоб центри обробки даних були доставлені в космос? 

Згідно з першим аналізом, сучасні наземні центри обробки даних залишаються дешевшими за ті, що знаходяться на орбіті. Ендрю Маккаліп, космічний інженер, створив корисний калькулятор, який порівнює дві моделі. Його базові результати показують, що орбітальний центр обробки даних потужністю 1 ГВт може коштувати 42,4 мільярда доларів — майже втричі більше, ніж його наземний еквівалент, завдяки початковим витратам на будівництво супутників та їх запуск на орбіту. 

За словами експертів, зміна цього рівняння вимагатиме розвитку технологій у кількох галузях, величезних капітальних витрат та багато роботи над ланцюгом постачання компонентів космічного класу. Це також залежить від зростання витрат на місцях, оскільки ресурси та ланцюги постачання перевантажені зростаючим попитом.

Проектування та запуск супутників

Ключовим фактором для будь-якої моделі космічного бізнесу є вартість виведення чогось на орбіту. SpaceX Маска вже знижує вартість виведення чогось на орбіту, але аналітикам, які розглядають, що потрібно для втілення орбітальних центрів обробки даних у реальність, потрібні ще нижчі ціни, щоб завершити своє бізнес-кейс. Іншими словами, хоча центри обробки даних зі штучним інтелектом можуть здаватися історією про новий напрямок бізнесу напередодні IPO SpaceX, план залежить від завершення найдовшого незавершеного проекту компанії — Starship. 

Врахуйте, що багаторазова ракета Falcon 9 сьогодні коштує приблизно 3600 доларів США за кг. Згідно з офіційним документом Project Suncatcher, створення космічних центрів обробки даних потребуватиме цін ближчих до 200 доларів США за кг, що у 18 разів більше, ніж очікується у 2030-х роках. Однак за такою ціною енергія, яку постачає супутник Starlink сьогодні, буде конкурентоспроможною з наземним центром обробки даних. 

Очікується, що ракета SpaceX Starship наступного покоління забезпечить ці покращення — жоден інший апарат, що розробляється, не обіцяє еквівалентної економії. Однак цей апарат ще не запущений в експлуатацію і навіть не досяг орбіти; очікується, що третя версія Starship здійснить свій перший запуск десь у найближчі місяці. 

Однак, навіть якщо Starship буде повністю успішним, припущення щодо того, що він негайно запропонує клієнтам нижчі ціни, можуть не пройти перевірку. Економісти консалтингової компанії Rational Futures переконливо стверджують, що, як і у випадку з Falcon 9, SpaceX не захоче брати набагато менше, ніж його найкращий конкурент, інакше компанія втрачає гроші. Якщо, наприклад, ракета New Glenn від Blue Origin продається за 70 мільйонів доларів, SpaceX не візьметься за місії Starship для зовнішніх клієнтів за набагато меншу ціну, що залишить її вище цифр, публічно передбачених будівельниками центрів космічних даних.

Однак, якщо запуски є прокляттям усіх космічних компаній, то другою проблемою є вартість виробництва. 

«Ми завжди вважаємо само собою зрозумілим, що вартість Starship становитиме сотні доларів за кілограм», – сказав Маккаліп. «Люди не враховують, що супутники зараз коштують майже 1000 доларів за кілограм».

Витрати на виробництво супутників становлять найбільшу частину цієї ціни, але якщо потужні супутники можна виготовляти приблизно вдвічі дешевше, ніж сучасні супутники Starlink, цифри починають мати сенс. SpaceX досягла значних успіхів у сфері економіки супутників, створюючи Starlink, свою рекордну комунікаційну мережу, і компанія сподівається досягти більшого за рахунок масштабування. Частково причиною створення мільйона супутників, безсумнівно, є економія коштів, яка забезпечується масовим виробництвом. 

Тим не менш, супутники, які будуть використовуватися для цих місій, повинні бути достатньо великими, щоб задовольнити складні вимоги до роботи потужних графічних процесорів, включаючи великі сонячні батареї, системи управління температурою та лазерні комунікаційні лінії для отримання та передачі даних.

У офіційній документації проекту Suncatcher за 2025 рік пропонується один зі способів порівняння наземних та космічних центрів обробки даних за вартістю електроенергії – основного ресурсу, необхідного для роботи чіпів. Наземні центри обробки даних витрачають приблизно від 570 до 3000 доларів за кВт електроенергії протягом року, залежно від місцевих витрат на електроенергію та ефективності їхніх систем. Супутники SpaceX Starlink отримують енергію від бортових сонячних панелей, але вартість придбання, запуску та обслуговування цих космічних апаратів становить 14 700 доларів за кВт протягом року. Простіше кажучи, супутники та їхні компоненти повинні стати набагато дешевшими, перш ніж вони стануть конкурентоспроможними за вартістю з електроенергією, що вимірюється за лічильником.

Космічне середовище не жартує

Прихильники орбітальних центрів обробки даних часто кажуть, що управління температурою в космосі є «вільним», але це спрощення. Без атмосфери насправді важче розсіювати тепло.

«Ви покладаєтеся на дуже великі радіатори, щоб просто розсіювати це тепло в темряві космосу, і тому вам доводиться керувати великою площею поверхні та масою», — сказав Майк Сафян, керівник Planet Labs, яка будує прототипи супутників для Google Suncatcher, запуск яких очікується у 2027 році. «Це визнано одним із ключових викликів, особливо довгостроковим».

Окрім космічного вакууму, супутникам штучного інтелекту доведеться мати справу з космічним випромінюванням. Космічні промені з часом руйнують чіпи, а також можуть спричиняти помилки «перекидання бітів», які можуть пошкодити дані. Чіпи можна захистити екрануванням, використовувати компоненти, загартовані радіоактивним випромінюванням, або працювати послідовно з надлишковими перевірками на помилки, але всі ці варіанти передбачають дорогі обміни на масу. Тим не менш, Google використовував пучок частинок для перевірки впливу випромінювання на свої тензорні обчислювальні блоки (чіпи, спеціально розроблені для машинного навчання). Керівники SpaceX заявили в соціальних мережах, що компанія придбала прискорювач частинок саме для цієї мети.

Ще один виклик пов'язаний із самими сонячними панелями. Логіка проєкту полягає в енергетичному арбітражі: розміщення сонячних панелей у космосі робить їх від 5 до 8 разів ефективнішими, ніж на Землі, і якщо вони знаходяться на правильній орбіті, вони можуть бути в полі зору сонця протягом 90% дня або й більше, що підвищує їхню ефективність. Електрика є основним паливом для чіпів, тому більше енергії означає дешевші центри обробки даних. Але навіть сонячні панелі в космосі складніші.

Сонячні панелі космічного класу, виготовлені з рідкоземельних елементів, є витривалими, але занадто дорогими. Сонячні панелі з кремнію дешеві та дедалі поширеніші в космосі — їх використовують Starlink та Amazon Kuiper — але вони набагато швидше руйнуються через космічне випромінювання. Це обмежить термін служби супутників штучного інтелекту приблизно п'ятьма роками, а це означає, що їм доведеться швидше окупати інвестиції. Однак деякі аналітики вважають, що це не така вже й велика проблема, враховуючи те, як швидко з'являються нові покоління чіпів. 

Денні Філд, керівник Solestial, стартапу, який розробляє кремнієві сонячні панелі космічного класу, каже, що галузь розглядає орбітальні центри обробки даних як ключовий фактор зростання. Він веде переговори з кількома компаніями щодо потенційних проектів центрів обробки даних і каже, що «будь-який гравець, який достатньо великий, щоб мріяти, принаймні думає про це». Однак, як давній інженер-конструктор космічних апаратів, він не відкидає труднощів у цих моделях.

Яке місце займають космічні центри обробки даних?

Одне невирішене питання щодо цих центрів обробки даних: що ми з ними робитимемо? Вони загального призначення, для логічного висновку чи для навчання? Виходячи з існуючих варіантів використання, вони можуть бути не повністю взаємозамінними з центрами обробки даних на місцях. 

Ключовою проблемою навчання нових моделей є спільна робота тисяч графічних процесорів разом. Більшість навчання моделей не розподілене, а проводиться в окремих центрах обробки даних. Гіперскейлери працюють над тим, щоб змінити це, щоб збільшити потужність своїх моделей, але цього досі не досягнуто. Аналогічно, навчання в космосі вимагатиме узгодженості між графічними процесорами на кількох супутниках.

Команда проекту Google Suncatcher зазначає, що наземні центри обробки даних компанії з'єднують свої мережі TPU з пропускною здатністю в сотні гігабіт на секунду. Найшвидші стандартні міжсупутникові комунікаційні лінії сьогодні, які використовують лазери, можуть досягати лише близько 100 Гбіт/с. 

Це призвело до цікавої архітектури для Suncatcher: вона передбачає політ 81 супутника у формі, щоб вони були достатньо близько один до одного для використання приймачів-передавачів, на які покладаються наземні центри обробки даних. Це, звичайно, створює свої власні проблеми: автономність, необхідна для забезпечення того, щоб кожен космічний корабель залишався на своїй правильній станції, навіть якщо потрібні маневри, щоб уникнути орбітального сміття або іншого космічного корабля.

Однак, дослідження Google пропонує одне застереження: процес логічного висновку може витримувати орбітальне радіаційне середовище, але потрібні додаткові дослідження, щоб зрозуміти потенційний вплив перемикань бітів та інших помилок на навчальні навантаження. 

Завдання логічного висновку не потребують тисяч графічних процесорів, що працюють разом. Цю роботу можна виконати за допомогою десятків графічних процесорів, можливо, на одному супутнику, архітектура якої являє собою свого роду мінімально життєздатний продукт і ймовірну відправну точку для бізнесу орбітальних центрів обробки даних. 

«Навчання — це не ідеальна річ для проведення в космосі», — сказав Джонстон. «Я думаю, що майже всі робочі навантаження з логічного висновку будуть виконуватися в космосі», уявляючи, що все, від голосових агентів служби підтримки клієнтів до запитів ChatGPT, обчислюється на орбіті. Він каже, що перший супутник штучного інтелекту його компанії вже отримує дохід, виконуючи логічний висновок на орбіті.

Хоча деталей мало навіть у заявці компанії до Федеральної комісії зв'язку (FCC), орбітальна сузір'я центрів обробки даних SpaceX, схоже, очікує близько 100 кВт обчислювальної потужності на тонну, що приблизно вдвічі перевищує потужність сучасних супутників Starlink. Космічні апарати працюватимуть у зв'язку один з одним та використовуватимуть мережу Starlink для обміну інформацією; у заявці стверджується, що лазерні канали зв'язку Starlink можуть досягти пропускної здатності петабітного рівня. 

Для SpaceX нещодавнє придбання компанією xAI (яка будує власні наземні центри обробки даних) дозволить їй закріпити позиції як у наземних, так і в орбітальних центрах обробки даних, спостерігаючи, який ланцюг поставок адаптується швидше.