Орбитальный искусственный интеллект: реальная цена космических вычислений

В определенном смысле все это было неизбежно. Илон Маск и его окружение годами говорят об искусственном интеллекте в космосе — преимущественно в контексте научно-фантастического сериала Иэна Бэнкса о далеком будущем вселенной, где умные космические корабли блуждают и управляют галактикой.

Теперь Маск видит возможность реализовать эту концепцию. Его компания SpaceX запросила разрешение у регулирующих органов на строительство орбитальных центров обработки данных на солнечной энергии, распределенных по миллиону спутников, которые могли бы переместить до 100 ГВт вычислительной мощности с планеты. Сообщается, что он предположил, что некоторые из его спутников с искусственным интеллектом будут построены на Луне.

«Безусловно, самым дешевым местом для размещения искусственного интеллекта будет космос через 36 месяцев или меньше», — сказал Маск на прошлой неделе в подкасте.

Сообщается, что руководитель отдела вычислений xAI поспорил со своим коллегой из Anthropic, что к 2028 году 1% мировых вычислений будет на орбите. Google (которая имеет значительную долю собственности в SpaceX) объявила о космическом проекте искусственного интеллекта под названием Project Suncatcher, в рамках которого в 2027 году будут запущены прототипы кораблей. Starcloud, стартап, который привлек 34 миллиона долларов при поддержке Google и Andreessen Horowitz, на прошлой неделе представил свои планы по созданию созвездия из 80 000 спутников. Даже Джефф Безос сказал, что это будущее.

Но что на самом деле нужно, чтобы центры обработки данных были доставлены в космос?

Согласно первому анализу, современные наземные центры обработки данных остаются дешевле тех, что находятся на орбите. Эндрю Маккалип, космический инженер, создал полезный калькулятор, который сравнивает две модели. Его базовые результаты показывают, что орбитальный центр обработки данных мощностью 1 ГВт может стоить 42,4 миллиарда долларов — почти в три раза больше, чем его наземный эквивалент, благодаря первоначальным затратам на строительство спутников и их запуск на орбиту.

По словам экспертов, изменение этого уравнения потребует развития технологий в нескольких отраслях, огромных капитальных затрат и много работы над цепочкой поставок компонентов космического класса. Это также зависит от роста затрат на местах, поскольку ресурсы и цепочки поставок перегружены растущим спросом.

Проектирование и запуск спутников

Ключевым фактором для любой модели космического бизнеса является стоимость вывода чего-либо на орбиту. SpaceX Маска уже снижает стоимость вывода чего-либо на орбиту, но аналитикам, которые рассматривают, что нужно для воплощения орбитальных центров обработки данных в реальность, нужны еще более низкие цены, чтобы завершить свой бизнес-кейс.

Другими словами, хотя центры обработки данных с искусственным интеллектом могут казаться историей о новом направлении бизнеса накануне IPO SpaceX, план зависит от завершения самого длительного незавершенного проекта компании — Starship.

Учтите, что многоразовая ракета Falcon 9 сегодня стоит примерно 3600 долларов США за кг. Согласно официальному документу Project Suncatcher, создание космических центров обработки данных потребует цен ближе к 200 долларам США за кг, что в 18 раз больше, чем ожидается в 2030-х годах. Однако по такой цене энергия, которую поставляет спутник Starlink сегодня, будет конкурентоспособной с наземным центром обработки данных.

Ожидается, что ракета SpaceX Starship следующего поколения обеспечит эти улучшения — ни один другой разрабатываемый аппарат не обещает эквивалентной экономии. Однако этот аппарат еще не запущен в эксплуатацию и даже не достиг орбиты; ожидается, что третья версия Starship осуществит свой первый запуск где-то в ближайшие месяцы.

Однако, даже если Starship будет полностью успешным, предположения о том, что он немедленно предложит клиентам более низкие цены, могут не пройти проверку. Экономисты консалтинговой компании Rational Futures убедительно утверждают, что, как и в случае с Falcon 9, SpaceX не захочет брать намного меньше, чем его лучший конкурент, иначе компания теряет деньги. Если, например, ракета New Glenn от Blue Origin продается за 70 миллионов долларов, SpaceX не возьмется за миссии Starship для внешних клиентов по гораздо меньшей цене, что оставит ее выше цифр, публично предусмотренных строителями центров космических данных.

Однако, если запуски являются проклятием всех космических компаний, то второй проблемой является стоимость производства.

«Мы всегда считаем само собой разумеющимся, что стоимость Starship будет составлять сотни долларов за килограмм», — сказал Маккалип. «Люди не учитывают, что спутники сейчас стоят почти 1000 долларов за килограмм».

Затраты на производство спутников составляют большую часть этой цены, но если мощные спутники можно производить примерно в два раза дешевле, чем современные спутники Starlink, цифры начинают иметь смысл. SpaceX достигла значительных успехов в сфере экономики спутников, создавая Starlink, свою рекордную коммуникационную сеть, и компания надеется достичь большего за счет масштабирования. Частично причиной создания миллиона спутников, несомненно, является экономия средств, которая обеспечивается массовым производством.

Тем не менее, спутники, которые будут использоваться для этих миссий, должны быть достаточно большими, чтобы удовлетворить сложные требования к работе мощных графических процессоров, включая большие солнечные батареи, системы управления температурой и лазерные коммуникационные линии для получения и передачи данных.

В официальной документации проекта Suncatcher за 2025 год предлагается один из способов сравнения наземных и космических центров обработки данных по стоимости электроэнергии — основного ресурса, необходимого для работы чипов.

Наземные центры обработки данных тратят примерно от 570 до 3000 долларов за кВт электроэнергии в течение года, в зависимости от местных затрат на электроэнергию и эффективности их систем. Спутники SpaceX Starlink получают энергию от бортовых солнечных панелей, но стоимость приобретения, запуска и обслуживания этих космических аппаратов составляет 14 700 долларов за кВт в течение года. Проще говоря, спутники и их компоненты должны стать намного дешевле, прежде чем они станут конкурентоспособными по стоимости с электроэнергией, измеряемой по счетчику.

Космическая среда не шутит

Сторонники орбитальных центров обработки данных часто говорят, что управление температурой в космосе является «свободным», но это упрощение. Без атмосферы на самом деле труднее рассеивать тепло.

«Вы полагаетесь на очень большие радиаторы, чтобы просто рассеивать это тепло в темноте космоса, и поэтому вам приходится управлять большой площадью поверхности и массой», — сказал Майк Сафян, руководитель Planet Labs, которая строит прототипы спутников для Google Suncatcher, запуск которых ожидается в 2027 году. «Это признано одним из ключевых вызовов, особенно долгосрочным».

Помимо космического вакуума, спутникам искусственного интеллекта придется иметь дело с космическим излучением. Космические лучи со временем разрушают чипы, а также могут вызывать ошибки «переноса битов», которые могут повредить данные. Чипы можно защитить экранированием, использовать компоненты, закаленные радиоактивным излучением, или работать последовательно с избыточными проверками на ошибки, но все эти варианты предполагают дорогостоящие обмены на массу. Тем не менее, Google использовал пучок частиц для проверки влияния излучения на свои тензорные вычислительные блоки (чипы, специально разработанные для машинного обучения). Руководители SpaceX заявили в социальных сетях, что компания приобрела ускоритель частиц именно для этой цели.

Еще один вызов связан с самими солнечными панелями. Логика проекта заключается в энергетическом арбитраже: размещение солнечных панелей в космосе делает их в 5-8 раз эффективнее, чем на Земле, и если они находятся на правильной орбите, они могут быть в поле зрения солнца в течение 90% дня или даже больше, что повышает их эффективность. Электричество является основным топливом для чипов, поэтому больше энергии означает более дешевые центры обработки данных. Но даже солнечные панели в космосе сложнее.

Солнечные панели космического класса, изготовленные из редкоземельных элементов, являются выносливыми, но слишком дорогими. Солнечные панели из кремния дешевы и все более распространены в космосе — их используют Starlink и Amazon Kuiper — но они гораздо быстрее разрушаются из-за космического излучения. Это ограничит срок службы спутников искусственного интеллекта примерно пятью годами, а это означает, что им придется быстрее окупать инвестиции. Однако некоторые аналитики считают, что это не такая уж большая проблема, учитывая, как быстро появляются новые поколения чипов.

Дэнни Филд, руководитель Solestial, стартапа, который разрабатывает кремниевые солнечные панели космического класса, говорит, что отрасль рассматривает орбитальные центры обработки данных как ключевой фактор роста. Он ведет переговоры с несколькими компаниями о потенциальных проектах центров обработки данных и говорит, что «любой игрок, который достаточно велик, чтобы мечтать, по крайней мере думает об этом». Однако, как бывший инженер-конструктор космических аппаратов, он не отрицает трудностей в этих моделях.

Какое место занимают космические центры обработки данных?

Один нерешенный вопрос относительно этих центров обработки данных: что мы с ними будем делать? Они общего назначения, для логического вывода или для обучения? Исходя из существующих вариантов использования, они могут быть не полностью взаимозаменяемыми с центрами обработки данных на местах.

Ключевой проблемой обучения новых моделей является совместная работа тысяч графических процессоров вместе. Большинство обучения моделей не распределено, а проводится в отдельных центрах обработки данных. Гиперскейлеры работают над тем, чтобы изменить это, чтобы увеличить мощность своих моделей, но этого пока не достигнуто. Аналогично, обучение в космосе потребует согласованности между графическими процессорами на нескольких спутниках.

Команда проекта Google Suncatcher отмечает, что наземные центры обработки данных компании соединяют свои сети TPU с пропускной способностью в сотни гигабит в секунду. Самые быстрые стандартные межспутниковые коммуникационные линии сегодня, которые используют лазеры, могут достигать только около 100 Гбит/с.

Это привело к интересной архитектуре для Suncatcher: она предполагает полет 81 спутника в форме, чтобы они были достаточно близко друг к другу для использования приемников-передатчиков, на которые полагаются наземные центры обработки данных. Это, конечно, создает свои собственные проблемы: автономность, необходимая для обеспечения того, чтобы каждый космический корабль оставался на своей правильной станции, даже если требуются маневры, чтобы избежать орбитального мусора или другого космического корабля.

Однако исследование Google предлагает одно предостережение: процесс логического вывода может выдерживать орбитальную радиационную среду, но необходимы дополнительные исследования, чтобы понять потенциальное влияние переключений битов и других ошибок на учебные нагрузки.

Задачи логического вывода не требуют тысяч графических процессоров, работающих вместе. Эту работу можно выполнить с помощью десятков графических процессоров, возможно, на одном спутнике, архитектура которого представляет собой своего рода минимально жизнеспособный продукт и вероятную отправную точку для бизнеса орбитальных центров обработки данных.

«Обучение — это не идеальная вещь для проведения в космосе», — сказал Джонстон. «Я думаю, что почти все рабочие нагрузки по логическому выводу будут выполняться в космосе», представляя, что все, от голосовых агентов службы поддержки клиентов до запросов ChatGPT, вычисляется на орбите. Он говорит, что первый спутник искусственного интеллекта его компании уже получает доход, выполняя логический вывод на орбите.

Хотя подробностей мало даже в заявке компании в Федеральную комиссию по связи (FCC), орбитальная созвездие центров обработки данных SpaceX, похоже, ожидает около 100 кВт вычислительной мощности на тонну, что примерно вдвое превышает мощность современных спутников Starlink. Космические аппараты будут работать в связи друг с другом и использовать сеть Starlink для обмена информацией; в заявке утверждается, что лазерные каналы связи Starlink могут достичь пропускной способности петабитного уровня.

Для SpaceX недавнее приобретение компанией xAI (которая строит собственные наземные центры обработки данных) позволит ей закрепить позиции как в наземных, так и в орбитальных центрах обработки данных, наблюдая, какая цепочка поставок адаптируется быстрее.