Test orbitalnego centrum danych Google: 15 minut chłodzenia, 1 kW energii słonecznej

Satelita nazywa się MVP. Jest mniej więcej wielkości lodówki. W środku pracują cztery układy Tensor Processing Unit własnej konstrukcji Google, ten sam krzem akceleratorów, którego firma używa w naziemnych serwerach do trenowania modeli i wnioskowania. Ars Technica podała 24 września, że start zaplanowano na 1 października w ramach wspólnego lotu Transporter-18 na pokładzie rakiety SpaceX Falcon 9. Tom's Hardware wskazuje jako miejsce startu Vandenberg Space Force Base w Kalifornii.

Samego statku kosmicznego Google nie zbudował. Według Ars Techniki satelita pochodzi od Planet Labs, firmy zajmującej się obrazowaniem Ziemi. Pierwotny plan zakładał dwa satelity własnej konstrukcji w 2027 roku, ale Google postanowił przyspieszyć i wstawił swój sprzęt AI do satelity, który Planet Labs złożył już na wcześniejszy test. Tom's Hardware opisuje całe przedsięwzięcie jako Project Suncatcher.

Zasilanie to mikrofalówka, chłodzenie to radiator

Bilans mocy najwyraźniej pokazuje, jak mały jest ten test. Ars Technica podaje, że panele słoneczne dostarczają około jednego kilowata, co według serwisu wystarcza do zasilenia mikrofalówki albo suszarki do włosów. Tom's Hardware podaje tę samą wartość i zauważa, że możliwości satelity są zbliżone do jednego naziemnego serwera. Na ziemi centrum danych pracuje z tysiącami takich układów i pobiera megawaty. Właśnie dlatego obliczenia na orbicie wracają w dyskusjach o AI.

Chłodzenie jest trudniejszym problemem i oba serwisy wskazują je jako największe otwarte pytanie. W kosmosie są radiatory, ale projektuje się je do odprowadzania stosunkowo niewielkich ilości ciepła, a akceleratory AI wytwarzają go znacznie więcej. Odpowiedzią Google, opisaną przez Ars Technikę, jest warstwa plastycznego materiału przewodzącego ciepło, który łączy każdy układ z aluminiowymi i miedzianymi rurami cieplnymi. Te odprowadzają ciepło do radiatora, a radiator wypromieniowuje je w kosmos. Tom's Hardware wskazuje oczywistą lukę w tym rozwiązaniu: na orbicie nie ma powietrza, więc typowe chłodzenie wentylatorami po prostu nie działa.

Efekt to cykl pracy, nie serwer. Układy będą pracować seriami po około 15 minut, po czym muszą się wyłączyć i pozwolić radiatorom nadążyć, podaje Ars Technica. Tom's Hardware opisuje ten sam limit jako przegrzewanie wymuszające wyłączenia. Google planuje uruchamiać na tych TPU modele Gemini.

"Nie spodziewamy się, mówiąc zupełnie szczerze, że w najbliższych latach będziemy mieli cokolwiek użytecznie działającego" - powiedział The New York Times James Manyika, starszy wiceprezes Google ds. badań, cytowany przez Tom's Hardware.

Manyika porównał to przedsięwzięcie do programu samochodów bez kierowcy Google, który według niego firma testowała około 15 lat przed jakimkolwiek wdrożeniem, podaje Tom's Hardware. Przy takim założeniu droga od satelity z czterema układami do działającego orbitalnego centrum danych zajmie około 15 lat. Google zapowiedział start dwóch kolejnych satelitów. Tom's Hardware pisze, że w planach długoterminowych pojawiały się połączone floty ponad 80 satelitów, łączone szybkimi łączami laserowymi, które prawdopodobnie wymagałyby dedykowanych startów, a nie wspólnych lotów.

Promieniowanie, przekłamania bitów i sześcioletnia orbita

Promieniowanie to drugi problem fizyczny. Tom's Hardware zauważa, że promieniowanie w kosmosie może powodować przekłamania bitów zmieniające sposób przetwarzania danych przez układy, a obecną odpowiedzią Google jest okresowe restartowanie chipów. Ars Technica dodaje, że wibracje i duże przeciążenia podczas startu też stanowią ryzyko. To przy tym te same TPU, które Google montuje w naziemnych serwerach, a nie części odporne na promieniowanie.

Satelita będzie obsługiwał zapytania AI przez maksymalnie rok, podaje Tom's Hardware, choć pozostanie na orbicie do sześciu lat, zanim grawitacja ściągnie go ku spalaniu w atmosferze. Ars Technica podaje, że będzie działać tylko kilka miesięcy. Oba serwisy różnią się w tym punkcie, a Google nie opublikował wartości, która by to rozstrzygnęła.

Google nie jest sam w patrzeniu w górę. Tom's Hardware zauważa, że Elon Musk, Jeff Bezos i Sam Altman mówili o orbitalnych centrach danych, że Chiny już umieściły moc obliczeniową AI na orbicie i że Intel ma w tej dziedzinie patent. Zachęta jest prosta: energia słoneczna w kosmosie jest nieprzerwana, a ziemia, woda i przyłącza sieciowe, o które walczą naziemne centra danych AI, tam nie istnieją.

Kontrargumentem jest koszt. Jeden z komentatorów cytowanych przez Tom's Hardware wyliczył, że wysyłanie pojedynczego serwera w kosmos, żeby obniżyć koszty chłodzenia, ma niewielki sens, skoro jeden kilowat nie zasili jednego zasilacza w zwykłym serwerze. Inny komentator przekonywał, że celem eksperymentu jest poznanie, jak obliczenia w kosmosie mogłyby działać, a nie opłacalność pierwszego lotu. Obie reakcje są pod tym samym artykułem i żadna nie jest stanowiskiem Google.

Tymczasem sieć i regulatorzy

Test na orbicie wypada w tygodniu, w którym zasilanie naziemnych centrów danych już było w wiadomościach. The Register podał 25 września, że amerykański Departament Energii ogłosił 5,25 mld dolarów na poprawę sieci, z czego 1,9 mld dolarów to środki federalne, a 3,35 mld dolarów to współfinansowanie. Program obejmuje 31 projektów w 26 stanach i według Departamentu Energii ma uwolnić co najmniej 23 gigawaty dodatkowych mocy.

Pieniądze nie są na nowe źródła wytwarzania. Projekty mają wymienić przewody lub przebudować ponad 1 500 mil linii przesyłowych i wdrożyć technologie usprawniające sieć, takie jak czujniki i urządzenia sterujące przepływem mocy, na 21 000 mil infrastruktury. Sekretarz energii USA Chris Wright powiedział w oświadczeniu, że inwestycje "pozwolą wycisnąć więcej z infrastruktury, którą już mamy, przenieść więcej energii przez sieć i dostarczyć tanią, niezawodną i bezpieczną moc, która będzie napędzać amerykański dobrobyt przez dziesięciolecia".

The Register cytuje też ostrzeżenie Moody's z września, że tempo budowy centrów danych przewyższa szybkość, z jaką amerykańska sieć może dodawać potrzebne moce. Moody's szacuje, że zużycie energii elektrycznej przez centra danych w USA osiągnie 426 TWh do 2030 roku, czyli prawie dwukrotność wartości z 2025 roku, podaje The Register.

Regulatorzy też działają, i nie zawsze w kierunku, który odpowiadałby operatorom. Ars Technica podała 24 września, że New Jersey ukarało DataOne grzywną 1,1 mln dolarów za potajemne instalowanie i eksploatację generatorów gazowych z naruszeniem stanowej ustawy o kontroli zanieczyszczenia powietrza. Sprawa zaczęła się od termowizyjnego nagrania z drona, zebranego przez The Guardian i Floodlight News w sierpniu, na którym pracowało 45 z 62 generatorów gazowych.

Żaden z generatorów nie miał pozwoleń wymaganych dla jednostek o mocy 37 kilowatów i wyższej, podaje Ars Technica, mimo że pracowały z mocą 1 982 kilowatów, ponad 50 razy powyżej stanowego progu. Departament Ochrony Środowiska New Jersey podał, że takie generatory emitują dwutlenek węgla, tlenki azotu, tlenek węgla i inne zanieczyszczenia spalinowe, które mogą nasilać astmę, wywoływać zawały serca i powodować przedwczesne zgony. Komisarz DEP Ed Potosnak nazwał tę akcję największą, jaką kiedykolwiek podjęto wobec centrum danych w New Jersey, i stwierdził, że centra danych nie będą "budowane ani eksploatowane bezkarnie w tym stanie".

DataOne ma 45 dni na złożenie wniosków o pozwolenia albo zaprzestanie działalności, ale może dalej używać silników, dopóki ich nie uzyska. Rzecznik firmy powiedział The New York Times, że DataOne wystąpi o pozwolenia powietrzne dla tymczasowych generatorów, że "nie zgadza się" z grzywną i że zakład przechodzi na ogniwa paliwowe o niskiej emisji. Mieszkańcy cytowani przez Times nie dali się przekonać. Tiffany Leone-Vespa zapytała, czym oddychała okolica, odkąd generatory zaczęły pracować bez pozwoleń. Steve Brown nazwał to układem w stylu "nie pytaj o zgodę, poproś o wybaczenie później".

Wątek łączący obie historie jest taki, że ograniczeniem jest moc i ciepło, niezależnie od tego, czy szafa stoi w Vineland w New Jersey, czy na niskiej orbicie okołoziemskiej. Na ziemi odpowiedziami są na razie modernizacje sieci, wymiana przewodów, ogniwa paliwowe, a w przypadku New Jersey siedmiocyfrowa grzywna. Na orbicie odpowiedzią jest radiator, 15-minutowy cykl pracy i mnóstwo pytań, na które satelita wielkości lodówki ma zacząć odpowiadać po 1 października.