عالم سابق في ناسا ينتقد ماسك! بناء مركز بيانات في الفضاء أكثر جنوناً من إرسال بعثات رواد الفضاء

انتقد المهندس السابق في وكالة ناسا وخبير السحابة لدى Google، Taranis، فكرة إنشاء مراكز بيانات في الفضاء، واصفاً إياها بأنها “فكرة سيئة تماماً وغير واقعية على الإطلاق”. وبصفته خبيراً يحمل دكتوراه في الإلكترونيات الفضائية وعمل في Google لمدة 10 سنوات، فقد قام بتفكيك العيوب القاتلة لهذا المفهوم من أربع زوايا: الطاقة، التبريد، مقاومة الإشعاع، والاتصالات.

خلفية خبير ناسا ودروس من تجربة رواد الفضاء على متن محطة الفضاء الدولية

(المصدر: بوينغ)

لتوضيح المؤهلات، فإن كاتب المقال هو مهندس وعالم سابق في ناسا ويحمل دكتوراه في الإلكترونيات الفضائية. كما عمل في Google لمدة 10 سنوات، في عدة أقسام منها YouTube وقسم السحابة المسؤول عن نشر قدرات الحوسبة الذكية الاصطناعية. هذا المزيج من الخبرة في هندسة الفضاء والحوسبة السحابية يجعله مؤهلاً للغاية لإبداء الرأي في هذا الموضوع.

في بداية المقال يقول بصراحة: “هذه بالتأكيد فكرة سيئة، وهي فعلاً بلا أي منطق.” هناك أسباب كثيرة، لكن الخلاصة أن المعدات الإلكترونية اللازمة لتشغيل مراكز البيانات، خصوصاً تلك التي تستخدم وحدات معالجة الرسومات GPU وTPU لنشر قدرات الذكاء الاصطناعي، غير مناسبة إطلاقاً للعمل في الفضاء. إذا لم تكن قد عملت في هذا المجال من قبل، فهو يذكّر القارئ بعدم الاعتماد على الحدس، لأن الواقع الفعلي لتشغيل العتاد الفضائي في الفضاء ليس بالضرورة بديهياً.

هذا التحذير نابع من خبرته العملية في ناسا. بيئة الفضاء تمثل تحديات للأجهزة الإلكترونية تفوق تصور معظم الناس، حتى رواد الفضاء العاملين على متن محطة الفضاء الدولية (ISS) يواجهون مشاكل تقنية لا وجود لها على الأرض. كل نظام على متن ISS تم تصميمه بعناية لمواجهة الفراغ، الإشعاع، والتغيرات الحرارية القصوى، ودائماً ما تعني هذه التصاميم تقديم تنازلات في الأداء وتكاليف ضخمة.

إمداد الطاقة: مصفوفة شمسية بحجم ISS لا تكفي إلا لتشغيل 200 وحدة GPU

السبب الرئيسي الذي يدفع البعض لاقتراح مراكز بيانات في الفضاء هو توفر الطاقة هناك. لكن مهندس ناسا يوضح أن الواقع غير ذلك. لديك خياران فقط: الطاقة الشمسية أو النووية. الطاقة الشمسية تعني نشر ألواح شمسية مزودة بخلايا كهروضوئية، وهي تعمل بالفعل، لكنها ليست أفضل بشكل سحري من الألواح الشمسية على الأرض. الفاقد الناتج عن المرور عبر الغلاف الجوي ليس كبيراً، لذا الحجم المطلوب للألواح لن يختلف كثيراً عن الأرض.

أكبر مصفوفة شمسية تم نشرها في الفضاء هي نظام محطة الفضاء الدولية (ISS)، وتوفر عند الذروة طاقة تزيد قليلاً عن 200 كيلوواط. نشر هذا النظام تطلب عدة رحلات مكوك فضائي وجهد كبير من رواد الفضاء، ومساحته حوالي 2,500 متر مربع، أي ما يزيد عن نصف مساحة ملعب كرة قدم أمريكي.

بالاعتماد على NVIDIA H200، يستهلك كل جهاز GPU حوالي 0.7 كيلوواط لكل شريحة. وهذه الأجهزة لا تعمل منفردة، كما أن تحويل الطاقة ليس فعالاً بنسبة 100%، لذا 1 كيلوواط لكل GPU هو تقدير واقعي. إذن، مصفوفة ضخمة بحجم ISS يمكنها تشغيل حوالي 200 وحدة GPU فقط.

مقارنة احتياجات الطاقة

مصفوفة ISS الشمسية: ذروة طاقة 200 كيلوواط، مساحة 2,500 متر مربع

كل وحدة H200 GPU: استهلاك فعلي 1 كيلوواط

عدد وحدات GPU التي يمكن تشغيلها بمصفوفة بحجم ISS: حوالي 200 (تعادل 3 رفوف خوادم أرضية)

مشروع مركز بيانات OpenAI في النرويج: 100,000 وحدة GPU

للوصول إلى قدرة OpenAI، ستحتاج إلى إطلاق 500 قمر صناعي بحجم ISS. بالمقابل، يمكن لرف خوادم واحد استيعاب 72 وحدة GPU، لذا كل قمر صناعي ضخم يعادل تقريباً ثلاثة رفوف فقط. أما الطاقة النووية فلا تفيد؛ لأن مولدات الطاقة الكهروحرارية بالنظائر المشعة (RTG) تنتج عادة طاقة بين 50 و150 واط فقط، أي لا تكفي حتى لتشغيل وحدة GPU واحدة.

كابوس التبريد: بيئة الفراغ تلغي فاعلية التبريد بالحمل الحراري تماماً

الكثيرون يظنون للوهلة الأولى: “الفضاء بارد، لذا التبريد سيكون سهلاً، أليس كذلك؟” يرد مهندس ناسا: “أمم… لا… ليس حقاً.”

التبريد على الأرض أمر سهل نسبياً. التبريد بالحمل الحراري فعال، فتمرير الهواء عبر المشتتات الحرارية ينقل الحرارة بكفاءة. إذا احتجت كثافة طاقة أعلى، يمكنك استخدام التبريد السائل لنقل الحرارة إلى مشتتات أكبر في مكان آخر. في الفضاء، لا يوجد هواء. البيئة تقريباً فراغ تام، لذا لا يحدث حمل حراري إطلاقاً.

الفضاء نفسه لا يملك درجة حرارة، فقط الأشياء هي التي تملك حرارة. في النظام الأرضي القمري، متوسط درجة حرارة أي جسم هي تقريباً نفس متوسط حرارة الأرض. إذا لم يدور القمر الصناعي، فإن الجهة المعاكسة للشمس تبرد تدريجياً حتى حوالي 4 كلفن، أي أعلى قليلاً من الصفر المطلق. أما الجهة المواجهة للشمس فقد تصل إلى مئات الدرجات المئوية. لذلك إدارة الحرارة تتطلب تصميماً دقيقاً جداً.

المؤلف صمم أنظمة كاميرا طارت فعلياً في الفضاء، وكان التحكم الحراري جزءاً محورياً في التصميم. صمم النظام ليستهلك عند الذروة حوالي 1 واط، وينخفض إلى 10% عند الخمول. كل الطاقة تتحول إلى حرارة، لذا كان لابد من نقل الحرارة عبر تثبيت حواف لوحات الدوائر إلى الرف.

حتى تبريد وحدة H200 واحدة سيكون كابوساً حقيقياً. المشتتات والمراوح لا جدوى منها، حتى التبريد السائل يحتاج لنقل الحرارة إلى لوحة إشعاعية، والتي عليها إشعاع الحرارة للفضاء. نظام التحكم الحراري النشط في ISS (ATCS) يستخدم حلقة تبريد بالأمونيا ولوحات إشعاعية ضخمة، وحدود قدرته الحرارية 16 كيلوواط، أي حوالي 16 وحدة H200 GPU، أو ربع رف خوادم أرضي تقريباً. حجم نظام اللوحات الإشعاعية 13.6 × 3.12 متر، أي حوالي 42.5 متر مربع.

إذا أخذنا 200 كيلوواط كمعيار، سنحتاج نظاماً أكبر بـ12.5 مرة، أي حوالي 531 متر مربع، أو 2.6 ضعف حجم مصفوفة الطاقة الشمسية. الآن سيكون لدينا قمر صناعي بمساحة تزيد عن ISS، وكل هذا فقط يعادل ثلاثة رفوف خوادم قياسية على الأرض.

تهديد الإشعاع: شرائح GPU في مواجهة الأشعة الكونية كرواد الفضاء بلا حماية

(المصدر: ويكيبيديا)

هنا ندخل في مجال بحث المؤلف للدكتوراه. حتى لو أمكنك توفير الطاقة والتبريد، يبقى لديك مشكلة مقاومة الإشعاع. في الفضاء هناك مصدران رئيسيان للإشعاع: الشمس، وأعماق الفضاء. يتعلق الأمر بجسيمات مشحونة تتحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء، من إلكترونات إلى أنوية ذرية. هذه الجسيمات قد تسبب أضراراً مباشرة لمواد تصنيع الشرائح.

أكثر العواقب شيوعاً هو “الانعكاس الفردي للأحداث” (SEU)، حيث تمر الجسيمات عبر الترانزستورات وتسبب نبضة خاطفة لا ينبغي أن تحدث. إذا أدى ذلك إلى انقلاب بت، يسمى SEU. والأسوأ هو “القفل الأحادي”، حيث تؤدي نبضة الجسيم المشحون إلى تجاوز الجهد لقنوات الطاقة في الشريحة، وقد ينشأ مسار توصيل دائم بين قنوات لا يجب أن تتصل، ما يؤدي إلى احتراق البوابة للأبد.

في المهمات الطويلة، يجب النظر أيضاً إلى تأثير الجرعة الكلية. مع الوقت، أداء شرائح الفضاء يتدهور بسبب الضربات المتكررة للجسيمات، ما يجعل الترانزستورات أبطأ في التحويل. عملياً، هذا يؤدي إلى انخفاض أقصى تردد ممكن مع الوقت، وزيادة استهلاك الطاقة.

وحدات GPU وTPU وذاكرة RAM عالية النطاق الترددي التي تعتمد عليها هذه الوحدات هي الأسوأ مقاومة للإشعاع. الترانزستورات الصغيرة بطبيعتها أكثر عرضة للانعكاسات والقفل. الشرائح المصممة للعمل في الفضاء تستخدم هياكل بوابات مختلفة وأحجام أكبر، وغالباً ما تعادل معالجات مستخدمة في عام 2005 قبل 20 سنة. من الممكن تصنيع GPU أو TPU بهذه الطريقة، لكن الأداء سيكون ضئيلاً جداً مقارنة بالأجيال الحديثة على الأرض.

عنق زجاجة الاتصالات والخلاصة

معظم الأقمار الصناعية تتواصل مع الأرض عبر الراديو، ومن الصعب جداً تحقيق سرعة تزيد عن 1 جيجابت في الثانية. بالمقارنة، اتصال 100 جيجابت في الثانية بين رفوف الخوادم على الأرض يعد منخفضاً، ويتضح حجم الفجوة هنا أيضاً. يختتم مهندس ناسا بقوله: “أعتقد أنه إذا أردت حقاً القيام بذلك، فهو ممكن بالكاد، لكنه سيكون بالغ الصعوبة، وتكاليفه غير متناسبة تماماً مع مراكز البيانات الأرضية، ولن يقدم سوى أداء متواضع للغاية. بالنسبة لي، أراه فكرة كارثية وسيئة للغاية.”