Колишній науковець NASA спростовує Маска! Будівництво дата-центрів у космосі ще абсурдніше, ніж місії з астронавтами

Колишній інженер NASA та експерт Google Cloud Тараніс опублікував допис із різкою критикою ідеї створення дата-центрів у космосі, назвавши її «абсолютно нереалістичною поганою ідеєю». Як експерт із докторським ступенем у сфері космічної електроніки та 10-річним досвідом роботи у Google, він докладно розклав фатальні недоліки цієї концепції за чотирма напрямками: енергоспоживання, охолодження, стійкість до радіації та зв’язок.

Досвід експерта NASA та уроки з роботи астронавтів на МКС

(Джерело: Boeing)

Для підтвердження компетентності автор статті — колишній інженер і науковець NASA, має докторський ступінь з космічної електроніки. Він також пропрацював 10 років у Google у різних підрозділах, зокрема у YouTube та відділі хмарних рішень, що відповідає за впровадження AI-обчислювальних потужностей. Такий подвійний досвід у космічній інженерії та хмарних обчисленнях дає йому виняткову експертизу для коментування цієї теми.

На початку статті він прямо заявляє: «Це абсолютно погана ідея, справді повністю позбавлена сенсу». Причин багато, але суть одна: електронне обладнання, необхідне для роботи дата-центрів, особливо для розгортання AI-обчислень у формі GPU та TPU, зовсім не підходить для експлуатації в космосі. Якщо ви раніше не працювали в цій сфері, він наголошує не покладатися на інтуїцію, оскільки реальні умови роботи космічного обладнання у космосі не завжди очевидні.

Це попередження спирається на його реальний досвід у NASA. Космічне середовище ставить перед електронікою значно більші виклики, ніж уявляє пересічна людина — навіть астронавти на Міжнародній космічній станції (МКС) стикаються з безліччю технічних проблем, які не існують на Землі. Кожна система МКС ретельно спроектована для роботи у вакуумі, під впливом радіації та екстремальних температур, що часто означає компроміси у продуктивності та величезні витрати.

Живлення: сонячна батарея масштабу МКС забезпечить лише 200 GPU

Головна причина, чому хтось хоче будувати дата-центри у космосі, здається, полягає у наявності там великої кількості електроенергії. Але інженер NASA зазначає, що це не так. По суті, у вас є лише два варіанти: сонячна або ядерна енергія. Сонячна — це встановлення масиву сонячних панелей із фотоелементами, які дійсно можуть працювати, але не дають магічної переваги порівняно з панелями на Землі. Втрати енергії при проходженні атмосфери не такі вже й великі, тож інтуїтивна оцінка необхідної площі здебільшого вірна.

Найбільший сонячний масив, який коли-небудь було розгорнуто у космосі, — це система МКС із піковою потужністю трохи більше 200кВт. Її встановлення вимагало кількох польотів шатлів і великої кількості роботи астронавтів, а площа становить приблизно 2 500 кв. м — понад половину розміру американського футбольного поля.

Беручи за приклад NVIDIA H200, кожен GPU споживає близько 0,7кВт на чип. Вони не можуть працювати окремо, а ефективність перетворення енергії не є стовідсотковою, тому реальний орієнтир — приблизно 1кВт на кожен GPU. Отже, гігантський масив розміром із МКС може забезпечити живленням близько 200 GPU.

Порівняння енергоспоживання

Сонячний масив МКС: 200кВт пікової потужності, площа 2 500 кв. м

Один H200 GPU: 1кВт реального споживання

Кількість GPU, яку може забезпечити масив МКС: близько 200 (еквівалентно 3 наземним стійкам)

Проєкт дата-центру OpenAI у Норвегії: 100 000 GPU

Щоб досягти потужності OpenAI, потрібно запустити 500 супутників розміром із МКС. Для порівняння, одна серверна стійка вміщує 72 GPU, тож кожен гігантський супутник дорівнює лише трьом стійкам. Ядерна енергія також не допоможе: типовий термоелектричний радіоізотопний генератор (RTG) видає лише 50-150Вт, цього недостатньо навіть для одного GPU.

Пекло охолодження: у вакуумі конвекційне охолодження не працює взагалі

Багато хто спочатку думає: «У космосі ж холодно, тож охолодження — просте, правда?» Інженер NASA відповідає: «Ем… ні… зовсім ні».

На Землі охолодження відносно просте. Конвекція повітря працює чудово: повітряний потік через радіатор ефективно забирає тепло. Якщо потрібна більша щільність потужності, використовують рідинне охолодження, щоб передати тепло на більший радіатор. У космосі немає повітря. Там майже абсолютний вакуум, отже конвекція взагалі не відбувається.

У самого космосу немає температури — тільки об’єкти мають температуру. У системі Земля-Місяць середня температура більшості речей майже збігається із середньою температурою Землі. Якщо супутник не обертається, тіньова сторона охолоне до близько 4 Кельвінів, трохи вище абсолютного нуля. На сонячній стороні температура може сягати кількох сотень градусів за Цельсієм. Отже, теплорегулювання потребує дуже ретельного проєктування.

Автор проєктував камери для польотів у космосі, і теплорегулювання було ключовим у їхньому проєктуванні. Система споживала максимум близько 1 Ватта в піку, а в режимі очікування — до 10% цього. Вся електроенергія перетворюється на тепло, тому її потрібно було відводити через болтове кріплення плати до корпусу.

Охолодження навіть одного H200 буде справжнім кошмаром. Радіатори й вентилятори не працюватимуть взагалі, навіть рідинне охолодження потребує відведення тепла на випромінюючу панель, яка передаватиме тепло у космос випромінюванням. Активна система терморегулювання МКС (ATCS) використовує аміачний контур і великі радіаційні панелі, її межа розсіювання тепла — 16кВт, тобто близько 16 H200 GPU, трохи більше чверті наземної стійки. Одна така панель — 13,6 м x 3,12 м, тобто близько 42,5 кв. м.

Якщо взяти за орієнтир 200кВт, потрібна система у 12,5 разів більша, тобто близько 531 кв. м, або у 2,6 раза більша, ніж площа сонячного масиву. Це вже буде супутник, більший за МКС, і все це — лише для трьох стандартних серверних стійок на Землі.

Радіаційна загроза: GPU-чипи під дією космічних променів беззахисні, як астронавти

(Джерело: Вікіпедія)

Це вже сфера докторських досліджень автора. Припустімо, ви можете забезпечити живлення й охолодження електроніки у космосі — залишається питання стійкості до радіації. У космосі є два основні джерела радіації: від Сонця та міжзоряного простору. Це, по суті, заряджені частинки, що рухаються зі швидкістю, близькою до світлової, — від електронів до ядер атомів. Вони можуть безпосередньо пошкоджувати матеріали чипів при зіткненні.

Найпоширеніший наслідок — одиничний збій (SEU), коли частинка проходить крізь транзистор і спричиняє короткочасний імпульс там, де його не має бути. Якщо це приводить до зміни біта, ми називаємо це SEU. Гірше — одиничний защіп (latchup): коли імпульс зарядженої частинки підвищує напругу за межі допустимого для живлення чипа, може виникнути шунт між живленням, що призводить до перманентного пошкодження.

Для тривалих місій важливий ще й накопичений дозовий ефект: із часом продуктивність чипів у космосі знижується через повторні зіткнення частинок, які сповільнюють мікроскопічні польові транзистори. На практиці це означає деградацію максимальної тактової частоти та зростання споживання енергії.

GPU і TPU, а також високошвидкісна RAM, від якої вони залежать, є найгіршим варіантом для протидії радіації. Транзистори малої геометрії особливо вразливі до SEU і latchup. Справжні космічні чипи мають іншу структуру затворів і більші геометричні розміри, а їхня продуктивність приблизно відповідає процесорам PowerPC 2005 року. Зробити GPU або TPU за такою технологією можливо, але їхня продуктивність буде мізерною порівняно з сучасними земними GPU/TPU.

Вузьке місце зв’язку й висновок

Більшість супутників зв’язуються із Землею через радіо, і важко надати більше ніж 1Gbps стабільної швидкості. Для порівняння, 100Gbps між стійками у наземних дата-центрах вважається низьким рівнем, тож різниця очевидна. Інженер NASA підсумовує: «Якщо ви справді захочете це зробити, то це ледь можливо, але по-перше, це буде надзвичайно складно, по-друге, затрати будуть непропорційно високі порівняно із наземними дата-центрами, а продуктивність у кращому разі — посередня. На мою думку, це катастрофічно погана ідея».