Το Project Suncatcher περνά για πρώτη φορά από την έρευνα στην πραγματική δοκιμή στο διάστημα. Η Google ετοιμάζεται να στείλει Tensor Processing Units σε χαμηλή γήινη τροχιά μέσα σε prototype satellite, ώστε να διαπιστώσει αν τα AI chips της μπορούν να επιβιώσουν από την εκτόξευση, την κοσμική ακτινοβολία, τις ακραίες θερμοκρασίες και – κυρίως – το δύσκολο πρόβλημα της ψύξης σε κενό.
Η πρώτη αποστολή θα ταξιδέψει με το Transporter-18 rideshare της SpaceX και έχει αναπτυχθεί σε συνεργασία με την Planet. Δεν πρόκειται ακόμη για orbital AI data center. Είναι το πρώτο πρακτικό βήμα ενός πολύ πιο φιλόδοξου σχεδίου της Google: να δημιουργήσει κάποτε ομάδες δορυφόρων γεμάτες TPUs, οι οποίοι θα συνδέονται μεταξύ τους με lasers και θα εκτελούν μεγάλα machine learning workloads χρησιμοποιώντας σχεδόν συνεχή ηλιακή ενέργεια.
Γιατί η Google θέλει AI στο διάστημα
Η βασική ιδέα πίσω από το Project Suncatcher είναι η ενέργεια.
Τα μεγάλα AI data centers χρειάζονται τεράστιες ποσότητες ηλεκτρικής ισχύος και αντίστοιχα πολύπλοκα συστήματα ψύξης. Καθώς τα μοντέλα μεγαλώνουν, η κατασκευή νέων εγκαταστάσεων στη Γη δημιουργεί ολοένα μεγαλύτερες απαιτήσεις σε ηλεκτρικά δίκτυα, νερό, γη και υποδομές.
Σε κατάλληλη χαμηλή γήινη τροχιά, ένα solar panel μπορεί σύμφωνα με τους υπολογισμούς της Google να παράγει έως και οκτώ φορές περισσότερη ενέργεια από αντίστοιχο σύστημα στη Γη.
Ο λόγος είναι ότι στο διάστημα δεν υπάρχουν σύννεφα, ατμόσφαιρα ή ο συνηθισμένος κύκλος ημέρας και νύχτας που περιορίζει την απόδοση των επίγειων φωτοβολταϊκών.
Η μακροπρόθεσμη ιδέα είναι επομένως ένας μεγάλος αριθμός μικρών υπολογιστικών δορυφόρων που θα εκμεταλλεύονται τον Ήλιο και θα λειτουργούν σαν κατανεμημένο AI supercomputer.
Πρώτα πρέπει να επιβιώσουν τα TPUs
Πριν φτάσει εκεί, η Google πρέπει να απαντήσει σε ένα πολύ βασικό ερώτημα: μπορούν τα σημερινά AI chips να λειτουργήσουν στο διάστημα;
Η εκτόξευση είναι ήδη ένα εξαιρετικά βίαιο περιβάλλον.
Κατά την περίπου δεκάλεπτη διαδρομή προς τη χαμηλή τροχιά, ένα spacecraft μπορεί να δεχθεί επιτάχυνση έως περίπου 10 g.
Σε επίπεδο individual components, οι δυνάμεις μπορούν στιγμιαία να φτάσουν ακόμη και τα 50 έως 100 g.
Η ομάδα του Project Suncatcher υπέβαλε το prototype σε vibration tests και στις τρεις διαστάσεις, αναπαράγοντας τις συχνότητες και τις καταπονήσεις μιας πραγματικής εκτόξευσης.
Το hardware επέζησε.
Αυτό όμως ήταν μόνο το πρώτο τεστ.
Κοσμική ακτινοβολία εναντίον Trillium TPU
Έξω από την προστασία της ατμόσφαιρας, η ακτινοβολία γίνεται πολύ σοβαρότερο πρόβλημα για τα ηλεκτρονικά.
Cosmic rays και ηλιακά σωματίδια μπορούν να προκαλέσουν ακόμη και bit flips – αλλαγή δηλαδή της κατάστασης ενός bit στη μνήμη ή στο chip – οδηγώντας σε λάθος αποτελέσματα, corrupted data ή system crashes.
Η Google δοκίμασε τα Trillium TPUs, δηλαδή τα έκτης γενιάς v6e AI accelerators της, σε proton beam facility.
Τα chips εκτελούσαν κανονικά AI workloads ενώ βομβαρδίζονταν με πρωτόνια, ώστε οι ερευνητές να παρακολουθούν πώς επηρεάζεται η λειτουργία τους.
Τα αποτελέσματα ήταν ενθαρρυντικά.
Η High Bandwidth Memory αποδείχθηκε το πιο ευαίσθητο κομμάτι, με ανωμαλίες να εμφανίζονται περίπου στα 2 krad συνολικής ιονίζουσας δόσης.
Η Google εκτιμά ότι ένα προστατευμένο σύστημα σε πενταετή αποστολή θα δεχόταν περίπου 750 rad.
Ακόμη πιο ενδιαφέρον είναι ότι δεν παρατηρήθηκε hard failure του TPU από τη συνολική δόση ακτινοβολίας ακόμη και όταν το test έφτασε στα 15 krad.
Το δυσκολότερο ίσως πρόβλημα είναι η ψύξη
Στη Γη, ένα data center μπορεί να χρησιμοποιήσει αέρα ή υγρά συστήματα για να απομακρύνει θερμότητα από processors και accelerators.
Στο κενό αυτό δεν λειτουργεί.
Δεν υπάρχει αέρας για convection.
Η θερμότητα πρέπει πρώτα να μεταφερθεί μακριά από τα chips και στη συνέχεια να αποβληθεί μέσω radiation προς το διάστημα.
Και αυτό είναι ιδιαίτερα δύσκολο όταν δεκάδες ισχυρά TPUs είναι συγκεντρωμένα σε σχετικά μικρό satellite.
Η Google δοκιμάζει συνδυασμούς heat pipes και radiators για να μεταφέρει και να αποβάλλει τη θερμότητα.
Τα συστήματα έχουν ήδη δοκιμαστεί σε thermal vacuum chamber που αναπαράγει τόσο το κενό όσο και τις θερμοκρασιακές συνθήκες του διαστήματος.
Η πραγματική αποστολή θα δείξει τώρα αν οι μετρήσεις στο εργαστήριο μεταφράζονται σε σταθερή λειτουργία σε τροχιά.
Το 2027 έρχονται δύο δορυφόροι με laser link
Η πρώτη εκτόξευση του Project Suncatcher επικεντρώνεται κυρίως στην επιβίωση του hardware.
Το επόμενο βήμα είναι πολύ πιο φιλόδοξο.
Το 2027 η Google σχεδιάζει να τοποθετήσει δύο δορυφόρους σε τροχιά και να δοκιμάσει την επικοινωνία μεταξύ τους μέσω optical links.
Η ιδέα είναι ότι ένα μελλοντικό AI data center στο διάστημα δεν θα βρίσκεται μέσα σε έναν τεράστιο δορυφόρο.
Θα αποτελείται από πολλά μικρότερα spacecraft που πετούν σε πολύ κοντινούς σχηματισμούς, με το καθένα να μεταφέρει δεκάδες TPUs.
Για να λειτουργήσει όμως το cluster σαν ένα ενιαίο υπολογιστικό σύστημα χρειάζεται τεράστιο bandwidth μεταξύ των δορυφόρων.
Εδώ μπαίνουν τα lasers.
Σαν να σημαδεύεις ένα νόμισμα από χιλιόμετρα μακριά
Η optical satellite communication δεν είναι καινούργια τεχνολογία.
Η διαφορά βρίσκεται στις απαιτήσεις του Project Suncatcher.
Τα υπάρχοντα laser links είναι συνήθως σχεδιασμένα για επικοινωνία σε μεγάλες αποστάσεις και σχετικά χαμηλότερο bandwidth σε σχέση με αυτό που χρειάζεται ένα distributed AI accelerator.
Η Google θέλει εξαιρετικά υψηλό bandwidth μεταξύ δορυφόρων που βρίσκονται σχετικά κοντά μεταξύ τους και κινούνται συνεχώς με τεράστιες ταχύτητες.
Κάθε spacecraft πρέπει επομένως να γνωρίζει με τεράστια ακρίβεια όχι μόνο τη δική του θέση, αλλά και τη σχετική θέση όλων των γειτονικών satellites.
Η εταιρεία παρομοιάζει την ακρίβεια που απαιτείται με το να προσπαθεί κάποιος να πετύχει στόχο μεγέθους νομίσματος από χιλιόμετρα μακριά ενώ και τα δύο σημεία κινούνται.
Δεν κατασκευάζεται ακόμη διαστημικό Google data center
Ο τίτλος «η Google βάζει data centers στο διάστημα» ακούγεται εντυπωσιακός, αλλά προς το παρόν προηγείται αρκετά της πραγματικότητας.
Η πρώτη αποστολή είναι engineering experiment.
Στόχος της είναι να συλλέξει πραγματικά δεδομένα σχετικά με vibration, radiation, thermal management και λειτουργία TPUs σε τροχιά.
Ακόμη και αν όλα πάνε τέλεια, παραμένουν τεράστια προβλήματα πριν μια τέτοια υποδομή γίνει οικονομικά και τεχνικά βιώσιμη.
Οι δορυφόροι πρέπει να κατασκευάζονται και να εκτοξεύονται με εξαιρετικά χαμηλό κόστος, τα optical links να λειτουργούν αξιόπιστα, η θερμότητα να αποβάλλεται αποτελεσματικά και ολόκληρο το constellation να έχει αρκετά χρόνια ζωής ώστε να δικαιολογεί την επένδυση.
Πρέπει επίσης να αντιμετωπιστούν ζητήματα συντήρησης, space debris, αποτυχίας hardware και αντικατάστασης εξαρτημάτων – πράγματα που σε ένα επίγειο data center λύνονται πολύ ευκολότερα.
Γιατί όμως η Google το δοκιμάζει τώρα
Το ενδιαφέρον βρίσκεται στην κλίμακα της AI.
Η ζήτηση για compute αυξάνεται τόσο γρήγορα ώστε οι μεγαλύτερες εταιρείες τεχνολογίας εξετάζουν πλέον λύσεις που πριν από λίγα χρόνια θα θεωρούνταν υπερβολικά φιλόδοξες.
Το Project Suncatcher είναι ένα από αυτά τα moonshots.
Η Google δεν γνωρίζει ακόμη αν τα AI data centers του μέλλοντος θα βρίσκονται πραγματικά σε τροχιά.
Αλλά σε λίγες ημέρες θα αρχίσει να αποκτά πραγματικά δεδομένα για το αν ένα βασικό κομμάτι αυτής της ιδέας – τα ίδια τα AI accelerators – μπορεί πράγματι να επιβιώσει και να λειτουργήσει εκεί πάνω.
Και το 2027, όταν δύο δορυφόροι επιχειρήσουν να λειτουργήσουν μαζί μέσω laser links, θα έχουμε την πρώτη σοβαρή ένδειξη για το αν το Project Suncatcher μπορεί να εξελιχθεί από ένα παράτολμο ερευνητικό project σε κάτι που θυμίζει πραγματική διαστημική υπολογιστική υποδομή.
