Google testuje serwery na orbicie w ramach projektu Suncatcher

Koncern Google przystępuje do orbitalnej fazy testów projektu Suncatcher, który ma zweryfikować, czy moc obliczeniowa potrzebna do działania sztucznej inteligencji może wykroczyć poza granice naszej planety. 1 października br. w ramach misji Transporter-18 firmy SpaceX na orbitę trafi prototypowy satelita wyposażony w układy Tensor Processing Units (TPU). Przed firmą stoi jednak seria trudnych do rozwiązania kwestii: wpływu promieniowania kosmicznego, sposobu odprowadzania ciepła, jakości łączności oraz opłacalności całego przedsięwzięcia. Google nie jest przy tym jedynym podmiotem zainteresowanym umieszczaniem infrastruktury obliczeniowej w kosmosie – analitycy szacują, że rynek kosmicznych centrów danych może do 2035 roku być wart ponad 8,4 mld dolarów.

Suncatcher, ogłoszony przez Google w 2025 roku, to projekt badawczy zaplanowany na dłuższą perspektywę czasową. Jego celem jest zbudowanie sieci połączonych ze sobą satelitów z pokładowymi układami TPU, które mogłyby realizować zadania obliczeniowe związane ze sztuczną inteligencją bezpośrednio na orbicie. Google zwraca uwagę, że obiekty krążące po niskiej orbicie okołoziemskiej korzystają z praktycznie nieprzerwanego dostępu do światła słonecznego, co teoretycznie umożliwia zebranie nawet ośmiokrotnie większej ilości energii słonecznej niż w przypadku analogicznych instalacji naziemnych.

Nadchodzący eksperyment ma jednak charakter bardziej praktyczny niż wizjonerski. Głównym zadaniem jest ustalenie, czy sprzęt Google zachowa stabilność w warunkach panujących w kosmosie. Satelita popłynie w kosmos przy współpracy z firmą Planet, w ramach misji Transporter-18 organizowanej przez SpaceX. Badaniu poddane zostaną m.in. wytrzymałość komponentów na promieniowanie, wibracje towarzyszące startowi rakiety oraz działanie w ekstremalnych temperaturach.

AI potrzebuje coraz więcej energii

Głównym motorem projektu jest gwałtownie rosnący apetyt na moc obliczeniową. Postęp w dziedzinie generatywnej sztucznej inteligencji wiąże się z potrzebą budowy coraz większych centrów danych, zwiększonym zużyciem energii oraz rozbudową systemów chłodzenia. Suncatcher powinien odpowiedzieć na pytanie, czy przynajmniej część tych zadań da się w przyszłości przenieść poza Ziemię.

W przypadku Suncatchera szczególnie istotne jest to, że projekt wychodzi już poza fazę koncepcji i przechodzi do testów w realnym środowisku. To podejście przypomina wcześniejsze projekty firmy, takie jak prace nad autonomicznymi pojazdami czy komputerami kwantowymi. Najpierw koncentruje się ona na rozwiązaniu konkretnych problemów technicznych, a dopiero później na możliwościach szerszego zastosowania wypracowanych rozwiązań

Marcin Stypuła, ekspert ds. Google i założyciel Semcore

Nie należy jednak wnioskować, że intencją Google jest wyeliminowanie naziemnych serwerowni. Znacznie bardziej realny wydaje się model, w którym zadania zostaną rozdzielone między Ziemię i orbitę. Infrastruktura umieszczona w kosmosie mogłaby zajmować się przetwarzaniem danych powstających już poza planetą, na przykład zdjęć z satelitów obserwacyjnych, bez potrzeby transmitowania całego zbioru informacji na powierzchnię. Dzięki temu można by ograniczyć wolumen danych przesyłanych do stacji naziemnych i przetwarzać je bliżej miejsca ich powstania.

Promieniowanie i chłodzenie to dopiero początek

Jednym z kluczowych elementów testów będzie sprawdzenie, jak układy TPU radzą sobie z promieniowaniem. Wcześniej zespół Google poddał chipy Trillium działaniu wiązki protonów w laboratorium UC Davis. Wyniki wykazały, że komponenty wytrzymały dawkę wyższą od tej, jaka byłaby oczekiwana podczas pięcioletniej misji w kosmosie. To jednak nie zamyka tematu – dopiero działanie w realnych warunkach orbitalnych pokaże, jak sprzęt naprawdę się sprawuje.

Promieniowanie nie jest przy tym problemem czysto teoretycznym. Cząstki wysokoenergetyczne mogą powodować tzw. bit flip, czyli zmianę wartości pojedynczego bitu z zera na jeden albo odwrotnie. W zwykłym komputerze może to oznaczać błąd obliczeń. W systemie pracującym autonomicznie setki kilometrów nad Ziemią problem jest poważniejszy, ponieważ nie można po prostu otworzyć obudowy i wymienić uszkodzonego podzespołu

Marcin Stypuła

Kolejnym wyzwaniem okazuje się skuteczne odprowadzanie ciepła. Chipy przeznaczone do obliczeń AI generują ogromne ilości energii termicznej, a w warunkach próżni nie da się zastosować konwencjonalnego chłodzenia opartego na przepływie powietrza. Google eksperymentuje więc z rozwiązaniem opartym na rurkach cieplnych i radiatorach, które mają odbierać ciepło z układów i emitować je w przestrzeń. Zaplanowany test orbitalny powinien dać odpowiedź, na ile ten mechanizm jest skuteczny w praktyce.

Google chce połączyć satelity laserami

W ostatecznym modelu pojedynczy satelita nie ma funkcjonować jako samodzielna jednostka obliczeniowa. Google planuje budowę całych klastrów, w których każdy statek kosmiczny będzie dysponował dziesiątkami układów TPU, a komunikacja pomiędzy nimi odbywać się będzie za pomocą łączy laserowych. Weryfikację tej koncepcji firma zamierza przeprowadzić w 2027 roku, gdy na orbitę mają zostać wysłane dwa satelity. Sprawna komunikacja będzie niezbędna do rozdzielania zadań obliczeniowych AI między poszczególnymi jednostkami i budowania większej infrastruktury obliczeniowej w kosmosie.

Istotną przeszkodą wciąż pozostają jednak koszty. Z analizy Boston Consulting Group wynika, że infrastruktura umieszczona na orbicie jest obecnie od 2,5 do 3 razy droższa niż porównywalne rozwiązania naziemne. Jednocześnie BCG przewiduje, że przy odpowiednim postępie technologicznym rozwiązania te mogą osiągnąć skalę komercyjną w perspektywie 5-10 lat. Nie chodzi tu jednak o zastąpienie klasycznych centrów danych, a raczej o ich uzupełnienie w tych zastosowaniach, gdzie przewagi pracy na orbicie usprawiedliwiają wyższe koszty.

Zgodnie z najbardziej prawdopodobnym scenariuszem opisanym przez analityków BCG, do 2040 roku orbitalne centra danych mogłyby przejąć 10-15% globalnego rynku centrów danych dedykowanych AI, co miałoby przełożenie na przychody w wysokości 240-320 mld dolarów rocznie. Dotyczyłoby to głównie zadań niewymagających minimalnych opóźnień, danych powstających bezpośrednio w kosmosie oraz nielicznych zastosowań wymagających specyficznych warunków przetwarzania.

Na obecnym etapie Suncatcher jest zatem przede wszystkim próbą inżynieryjną. Google musi ustalić, czy sprzęt wytrzyma start rakiety i ekspozycję na promieniowanie, czy uda się efektywnie odprowadzać wytwarzane ciepło oraz czy satelity będą w stanie komunikować się z wystarczającą przepustowością. Dopiero rozwiązanie tych problemów technicznych pozwoli odpowiedzieć na fundamentalne pytanie: czy kosmos rzeczywiście może stać się nową warstwą infrastruktury niezbędną do dalszego rozwoju sztucznej inteligencji.

Rynek kosmicznych centrów danych dopiero się tworzy

Trzeba jednak zaznaczyć, że Suncatcher nie jest odosobnioną inicjatywą. Wokół koncepcji przenoszenia mocy obliczeniowej na orbitę stopniowo formuje się nowy segment rynku, w który zaangażowane są nie tylko instytucje badawcze, ale również firmy z sektora kosmicznego, producenci układów scalonych oraz operatorzy infrastruktury. Choć skala dotychczasowych realizacji jest jeszcze ograniczona, kierunek rozwoju wydaje się jednoznaczny. Według danych z raportu Space-Based Data Center Market, wartość tego segmentu może w 2035 roku przekroczyć 8,4 mld dolarów. To wciąż niewielka kwota w porównaniu do całego globalnego rynku centrów danych, ale wystarczająco atrakcyjna, aby zainteresować podmioty, które do niedawna nie rozważały orbity jako miejsca do lokowania infrastruktury IT.

W ostatnich miesiącach kilka projektów przybliżyło granicę między klasycznym satelitą a serwerownią. Starcloud umieściła na orbicie chip Nvidia H100 i przeprowadziła testy działania modeli sztucznej inteligencji. Axiom Space pracuje nad własnymi modułami obliczeniowymi, zaprojektowanymi specjalnie do pracy w przestrzeni kosmicznej. Firma Kepler rozwija rozproszone systemy obliczeniowe, natomiast SpaceX zaprezentował dotąd najbardziej rozbudowaną koncepcję – konstelację liczącą nawet do miliona satelitów wykorzystywanych do obliczeń. Z kolei Blue Origin, należąca do Jeffa Bezosa, zapowiedziała budowę sieci obejmującej ponad 50 tys. satelitów.

Warto zwrócić uwagę, że nie wszystkie te inicjatywy realizują ten sam cel. Część projektów zakłada wykorzystanie satelitów do przetwarzania danych zbieranych w przestrzeni kosmicznej, inne stawiają na zapewnienie szybkiej łączności, a kolejne przewidują umieszczanie na orbicie serwerów przeznaczonych do uruchamiania modeli AI i wykonywania skomplikowanych obliczeń. Z tego powodu określenie „centrum danych w kosmosie” warto traktować z pewną dozą ostrożności, ponieważ może ono błędnie sugerować konstrukcje przypominające współczesne, ziemskie serwerownie.