為了在AI競爭中勝出,科技巨頭不惜瘋狂砸錢建設資料中心,但與之而來的電力供給問題,卻潛藏龐大的環保與耗能問題。
針對這個大哉問,Google提出一個腦洞大開的潛力解方 :就是把資料中心搬到衛星上,測試能否能以比地球上更高效的產出算力。 若成功了,就可以一次解決能源供應跟潛在的環保問題。
因此Google於11月初宣佈「太陽捕手計畫」(Project Suncatcher),計劃於2027年初發射兩顆原型衛星,旨在建構由太陽能供電的衛星星座,搭載 Google TPU,並以 自由空間光學鏈路在近距編隊中互連,形成類資料中心級的高頻寬、低延遲分散式 ML 計算平台。
Google執行長桑德爾.皮蔡(SUndar Pichai)近日向《Fox》透露,他們的「登月計畫」之一,就是在太空中建設資料中心,希望運用24小時不間斷的太陽能滿足資料中心的能源需求,「太陽能是我們今天在地球上生產能源的100兆倍以上。」
雖然太空資料中心目前看來似乎是天方夜譚,不過皮蔡認為,「我毫不懷疑10年後,太空資料中心會被視為常態。」
為何在太空上打造算力叢集,比地球上更有優勢?
Google的核心假設是:在合適的近地軌道,太陽能不但更充足、而且幾乎不間斷,讓衛星上的運算叢集也許能以更高能效與更少地面資源成本擴張。具體包括以下仍有待驗證的「假設優勢」:
更高且更穩定的能源供給
在適當軌道,太陽能板的產能可比地面高出約八倍,且因接近「持續日照」可大幅減少電池需求與充放電損耗,提升整體能效與運轉占空比。以光學互聯實現資料中心級連線
近距編隊的衛星可用自由空間光學鏈路,透過多通道 DWDM 與空間多工取得「數十 Tbps」等級的互連頻寬與低延遲,接近地面資料中心的分散式訓練/推論需求,同時避免大規模建置對地面電網與土地的壓力。可能的經濟可行性(中長期)
若發射成本在 2030 年代中期下降到 低於每公斤 200 美元,以每千瓦/年計算的能量成本,太空叢集的「發射+運行」總成本有機會與地面資料中心的能源帳相當,讓以太陽為能的算力擴張具經濟可行性。對地面影響更小
算力與能量採集上太空,能減少對地面資源(電力、土地、冷卻設施等)的直接占用與環境影響,將擴張壓力從地面基礎設施轉移到可模組化的衛星星座。
打造「太空算力叢集」有哪些難點?
依照下圖,Google主張即使低軌衛星彼此距離很近(百公尺到公里級),在「不點火、不修正」的情況下,它們也會在重力作用下沿著固定的相對軌跡「緩慢晃動」與「週期性變化」。
而這種可預測的相對運動,說明群集在近距編隊下能維持穩定,僅需小幅的站位維持(微量推進)就能把衛星間距控制在目標範圍,滿足高頻寬光學互聯的需求。
但話說回來。24小時不間斷的太陽照射,也意味著需要克服散熱問題。同時,衛星之間用光束互聯必須非常準、不抖、不斷線,更不用說一大群衛星要長期維持隊形、互不相撞的難度。
難上加難的是,放在衛星上的TPU與記憶體還要能承受太空粒子和輻射不出錯;最後,還得把大量算出的資料高速、安全地傳回地面,同時整體發射與維運成本要壓得夠低才有經濟意義。
也因為難度高,Google才計畫在2027 年以兩顆原型衛星上軌,驗證上述關鍵技術。
太空算力佈署已成現在進行式
聯合國曾指出,目前一座資料中心的耗電相當於10萬戶家庭用電,而目前部份建設中的巨型資料中心的用電更是前者的20倍以上。聯合國研究估計,2030年時全球資料中心用電可能相當於日本全國的用電量。
正是資料中心巨大的能源需求,太空資料中心的構想不只有Google垂涎。例如OpenAI執行長山姆.奧特曼(Sam Altman)也曾表達過對太空資料中心的想像。
今年7月,奧特曼在Podcast上表示,未來或許人們會把資料中心放到太空中,建造一個巨大的「戴森球」(Dyson Sphere)來滿足資料中心的能源需求。(編按:指建立一個巨大結構包覆恆星,以捕捉恆星絕大部分的能量輸出。)
亞馬遜創辦人傑夫.貝佐斯(Jeff Bezos)近期同樣在一場科技會議上指出,未來幾十年內,太空資料中心的成本會低於地表上資料中心的成本,讓地球環境得以改善。
那本身擁有航太業務、也投身AI領域的馬斯克又是怎麼看?他的看法更為樂觀,在11月的美沙投資論壇上表示,可能5年內在太空中運行資料中心的成本,就會比地表上來得低,「我認為或許4、5年內,成本最低的AI運算方式將是使用太陽能的AI衛星。」
不過,也並非所有人都對太空資料中心這麼樂觀,輝達執行長黃仁勳就認為,太空資料中心目前還停留在夢想階段。
