اسپیس ایکس می خواهد مراکز داده هوش مصنوعی در فضا بسازد. آیا کار خواهد کرد

در میان بلندپروازانه‌ترین و چالش‌برانگیزترین ایده‌هایی که بر این موج شور و شوق سوار می‌شوند، چیزی است که تقریباً شبیه داستان‌های علمی تخیلی به نظر می‌رسد: مراکز داده مداری. SpaceX ممکن است یکی از برجسته ترین شرکت هایی باشد که به دنبال ساخت آنها هستند، اما این تنها نیست.

منطق اغوا کننده است: مراکز داده را به مداری پرتاب کنید که در آن انرژی خورشیدی فراوان است و زمین، آب و شبکه های برق محلی دیگر محدودیتی ندارند. از آنجایی که هوش مصنوعی باعث افزایش تقاضای محاسباتی می شود، شرکت ها مراکز داده مداری را به عنوان راهی برای فرار از فشار فزاینده بر محیط زیست و زیرساخت های محاسباتی مبتنی بر زمین پیشنهاد می کنند. مراکز داده نیز اغلب با واکنش عمومی برای مکان یابی این مراکز در جوامع خود مواجه می شوند.

اما تفاوت زیادی بین پرتاب ماهواره ها و راه اندازی زیرساخت محاسباتی در مقیاس صنعتی در مدار وجود دارد. فضا نابخشودنی است تشعشعات به الکترونیک آسیب می رساند. وسایل الکترونیکی مقادیر زیادی گرما تولید می کنند و خلاص شدن از شر آن گرما در فضا به طرز شگفت انگیزی دشوار است. تعمیرات بسیار پرهزینه است و هر پوندی که به مدار پرتاب می شود هنوز هزینه قابل توجهی دارد.

ما اساتید مهندسی هستیم که در حال تحصیل در زمینه طراحی مرکز داده و مهندسی سیستم های فضایی هستیم. ساخت یک مرکز داده مبتنی بر فضا شامل ملاحظاتی از هر دو طرف خواهد بود.

آنچه به مرکز داده روی زمین می رود

ابتدا، آنچه را که به یک مرکز داده مبتنی بر زمین وارد می‌شود، در نظر بگیرید، مانند آن‌هایی که احتمالاً در همه جا ظاهر می‌شوند. این امکانات محاسبات ابری، پخش ویدئو، بانکداری آنلاین، محاسبات علمی و به طور فزاینده ای، هوش مصنوعی را تامین می کند. اما یک مرکز داده بسیار بیشتر از یک اتاق پر از سرور است.

یک مرکز داده برای اجرای مطمئن به چندین چیز نیاز دارد. اولین مورد انرژی الکتریکی است. سرورها، تجهیزات شبکه و دستگاه‌های ذخیره‌سازی مقادیر زیادی برق مصرف می‌کنند و این تقاضای انرژی با هوش مصنوعی به سرعت در حال رشد است.

دوم خنک کننده است. تقریباً تمام برق مصرفی سرورها در نهایت به گرما تبدیل می شود. اگر این گرما به سرعت و با اطمینان حذف نشود، عملکرد تجهیزات کاهش می یابد، خرابی ها افزایش می یابد و مرکز داده می تواند خاموش شود. سیستم‌های خنک‌کننده اغلب شامل واحدهای انتقال هوا، چیلرها، برج‌های خنک‌کننده، پمپ‌ها و تجهیزات خنک‌کننده مایع هستند. در بسیاری از تاسیسات، خنک کننده بزرگترین مصرف کننده انرژی بعد از خود تجهیزات محاسباتی است.

سومین زیرساخت فیزیکی شامل زمین های لازم، ساختمان ها، پشتیبانی سازه ای، برق پشتیبان، سیستم های آب، شبکه های ارتباطی و دسترسی تعمیر و نگهداری است. مراکز داده همچنین باید به اندازه کافی به کاربران و ستون فقرات شبکه نزدیک باشند تا خدمات دیجیتال سریع ارائه دهند.

به طور خلاصه، مراکز داده مبتنی بر زمین، سیستم‌های زیرساختی الکتریکی و حرارتی بزرگی هستند که پیرامون سخت‌افزار رایانه ساخته شده‌اند.

قرار دادن آنها در فضا

بنابراین برای ساخت این مراکز داده در فضا چه چیزی لازم است، و چرا شرکت ها این فرصت را چنین پیشنهاد تجاری جالبی می یابند؟

مانند زمین، این مراکز داده به مقادیر زیادی انرژی نیاز دارند. در فضا، این انرژی از صفحات خورشیدی تامین می شود. خورشید همیشه در فضا می تابد و ابرها نمی توانند جلوی آن را بگیرند. با این حال، بسته به مداری که صفحات خورشیدی در آن قرار می گیرند، زمین می تواند آنها را برای قسمت خاصی از مدار تحت سایه قرار دهد.

و حتی بهترین سلول‌های خورشیدی موجود امروزی تنها می‌توانند نیمی از نور خورشیدی را که به آنها برخورد می‌کند به برق تبدیل کنند.

یکی دیگر از مزایای بالقوه کشف شده در فضا، خنک کردن است. پس زمینه سرد فضا (نزدیک به منفی 455 درجه فارنهایت یا منفی 270 درجه سانتیگراد) فرصتی را ایجاد می کند: گرمای هدر رفته از مرکز داده می تواند از طریق هیت سینک به فضا فرار کند و لوازم الکترونیکی را خنک نگه دارد.

در اصل، این طراحی می تواند برخی از زیرساخت های خنک کننده حجیم و پر مصرف آب را که در زمین استفاده می شود، حذف کند. با این حال، این هیت سینک ها به سطح وسیعی نیاز دارند و این علاوه بر مساحت مورد نیاز پانل های خورشیدی خواهد بود.

هیچ هوایی در فضا وجود ندارد که از طریق تجهیزات داغ دمیده شود و به فرار گرما کمک کند. گرما باید به صورت تشعشع مادون قرمز خارج شود که فرآیند نسبتاً کندی است. در نتیجه، حذف 10 مگاوات گرمای اتلاف می تواند به سطوح رادیاتوری قابل مقایسه با اندازه دو زمین فوتبال نیاز داشته باشد.

مراکز داده مبتنی بر فضا همچنین می توانند از برخی درگیری های محلی که با ساخت مراکز داده بزرگ روی زمین به وجود می آیند، جلوگیری کنند. بسیاری از جوامع به دلیل استفاده از زمین، تقاضای انرژی و آب و نویز و اثرات زیست محیطی با توسعه مرکز داده جدید مخالف هستند.

یک سیستم مبتنی بر فضا از رقابت برای منابع آب و زمین محلی جلوگیری می کند و صدای محله ایجاد نمی کند یا به تایید منطقه بندی محلی نیاز ندارد.

با این حال، فضا در حال حاضر شلوغ است و راه اندازی هزاران مرکز داده مداری بزرگ این مشکل را تسریع می کند. زباله‌های مداری و ریزشهاب‌سنگ‌ها یک خطر هستند زیرا می‌توانند مرکز داده فضایی را سوراخ کنند و بدترین برخورد ممکن است آن را از بین ببرد و حتی زباله‌های فضایی بیشتری ایجاد کند.

فراوانی پرتاب‌های فضایی مورد نیاز برای ارسال همه تجهیزات به مدار نیز می‌تواند برای برخی جوامع مشکل‌ساز شود. اسپیس ایکس در مجتمع پرتاب خود در بوکا شیکا، تگزاس اعتراضاتی از سوی فعالان محلی داشته است که می گویند آزمایشات و پرتاب موشک به محیط زیست آسیب می زند.

همه این داده ها باید بین زمین و این مراکز داده و بین خود مراکز داده با استفاده از امواج رادیویی یا سیستم های ارتباطی لیزری ارسال شوند. اگرچه صورت‌های فلکی ماهواره‌ای مانند Starlink و Amazon Leo نشان می‌دهند که این امر امکان‌پذیر است، اما میزان داده‌های ارسالی به فضا و از فضا افزایش خواهد یافت.

چالش های اضافی

این مراکز داده به همراه پنل های خورشیدی و رادیاتورهایشان نمی توانند به صورت یک واحد راه اندازی شوند و باید در فضا مونتاژ شوند. این فرآیند به تجهیزات جدیدی برای سرویس، مونتاژ و ساخت در فضا نیاز دارد.

چالش کلیدی دیگر چرخه به روز رسانی سخت افزار کامپیوتر است. سرورهای مرکز داده طوری ساخته نشده اند که برای همیشه کار کنند. اپراتورهای زمین معمولاً هر سه تا پنج سال یکبار با بهبود تراشه‌ها، تغییر حجم کاری و قدیمی شدن تجهیزات، سخت‌افزار را تعویض یا ارتقا می‌دهند.

و خرابی تجهیزات ممکن است نیاز به تعویض قطعه داشته باشد. فرآیندهای تازه سازی و تعمیر در زمین نسبتاً آسان است، جایی که کارگران می توانند به طور فیزیکی سرورها را حذف و جایگزین کنند.

در فضا، تازه کردن و تعمیر بسیار دشوارتر می شود. سخت افزار ارسال شده به مدار ممکن است سخت یا بسیار گران به روز رسانی شود. اگر یک پلت فرم محاسباتی نتواند به روز شود یا بسیاری از مؤلفه ها از کار بیفتند، ممکن است مدت ها قبل از اینکه زیرساخت اطراف به پایان عمر مفید خود برسد، منسوخ شود.

در زمینه ای که بهره وری به سرعت در حال بهبود است و تقاضا برای محاسبات همچنان در حال رشد است، این مانع می تواند یک چالش اقتصادی و عملیاتی بزرگ باشد.

سپس سختی فضا وجود دارد. این مراکز داده در خلاء تقریباً با تشعشعات ثابت به آنها برخورد می کنند. و بسته به مدارشان، روزی بارها از گرما در زیر نور خورشید به سردی در سایه زمین می‌رسند. همه این چالش ها و بسیاری دیگر، سوالاتی هستند که باید به آنها پرداخته شود.

پس آیا آنها هنوز معنی دارند؟

با وجود این چالش ها، شرکت ها با طراحی مراکز داده مبتنی بر فضا پیش می روند. اسپیس ایکس به تازگی طراحی ماهواره محاسباتی AI1 خود را اعلام کرده است که امیدوار است از آن به عنوان یک فضاپیمای مرکز داده در مدار استفاده کند. با این حال، این ماهواره 100 تا 1000 برابر کمتر از مراکز داده فعلی مبتنی بر زمین است.

انجام هر کار محاسباتی در فضا منطقی نیست. بسیاری از برنامه های مرکز داده به زمان پاسخ سریع و اتصالات نزدیک به کاربران روی زمین بستگی دارند. تراکنش‌های مالی، خدمات هوش مصنوعی تعاملی و اکثر برنامه‌های کاربردی ابری نسبت به تأخیر بسیار حساس هستند.

کاربردهای اولیه امکان پذیرتر ممکن است آنهایی باشند که حساسیت کمتری به تأخیر دارند و بیشتر به عملیات فضایی مرتبط هستند. مثال‌ها ممکن است شامل پردازش داده‌ها برای رصد زمین از ماهواره‌ها، پردازش داده‌های نظامی یا اطلاعاتی، محاسبات علمی مرتبط با مأموریت‌های فضایی، یا محاسبات تخصصی برای ماهواره‌ها و سایر دارایی‌های فضایی باشد.

به عبارت دیگر، اولین مراکز داده فضایی قابل دوام ممکن است قبل از رقابت با مراکز داده ابری اصلی روی زمین، به مشتریان فضایی خدمات ارائه دهند.