Razlog za umeščanje računalniških centrov v orbito je predvsem cena in pomanjkanje elektrike na Zemlji. V ZDA, kjer zadnja leta poteka velika mrzlica gradnje novih podatkovnih centrov, namreč več poročil opozarja prav na pomanjkanje elektrike.
Lokacije novih centrov največkrat določa prav dostop do prostih kapacitet na električnem omrežju, številni veliki podatkovni centri so zgrajeni skupaj z lastnimi generatorji elektrike. To je povzročilo tudi veliko povpraševanje po plinskih turbinah.
Hkrati je cena izstrelitev satelitov v zadnjih letih močno padla. Cene za izstrelitev objektov v nizkozemeljsko orbito so v zadnjem desetletju padle za dva- do trikrat. Največ zaslug za to ima podjetje SpaceX z raketo za večkratno uporabo falcon 9, ki načrtuje še nekajkratni padec cen z naslednjo raketo starship, ki je trenutno v prototipni fazi razvoja. Zaključek je torej na videz logičen: zakaj ne postaviti novih računalniških centrov v vesolje?
Večno sonce v orbiti
Glavni argument za postavitev računalniških centrov v vesolje je, da bi se v orbiti lahko napajali s sončnimi celicami, ki so tam veliko bolj učinkovite kot na Zemlji. Ozračje zmanjša moč obsevanja za tretjino, še bolj pomembno pa je, da so lahko sončne celice v vesolju nenehno v najbolj ugodnem položaju glede na sončne žarke. V primerni orbiti je mogoče doseči tudi, da je satelit nenehno izpostavljen sončni svetlobi. To bi pomenilo bistveno večji izkoristek kot na Zemlji, kjer obsevanje zmanjšujejo menjavanja dneva in noči ter vreme.
Načrti: od Amazona do zagonskih podjetij
Načrte za računalniške centre je do zdaj predstavila že večina ameriških tehnoloških velikanov. Google je napovedal projekt Suncatcher (Lovec na sonce) in prve prototipe v začetku leta 2027, sredi prihodnjega desetletja pa naj bi bili zunajzemeljski računalniški centri že nekaj običajnega.
Podobne napovedi je izrekel tudi ustanovitelj Amazona Jeff Bezos, ki stoji tudi za podjetjem Blue Origin, ki je konkurent SpaceX pri ponudbi vesoljskih prevozov.
Microsoft se v svojih vesoljskih ambicijah povezuje z zagonskimi podjetji v konzorciju LEOcloud.
Največ podrobnosti so razkrili pri še enem zagonskem podjetju, Starcloudu, ki ima podporo nekaterih najbolj prestižnih skladov zagonskega kapitala v Silicijevi dolini (Y Combinator, Sequoia in a16z), in Nvidii, ki je glavni proizvajalec mikročipov za modele umetne inteligence.
Ne glede na te spretno predstavljene načrte (Starcloud je na primer zbral več kot 25 milijonov evrov zagonskega kapitala) obstajajo precej resne fizikalne ovire za gradnjo računalniških centrov v vesolju.
Prva težava: orbita
Čeprav so stroški izstreljevanja satelitov res močno padli in se bo trend najverjetneje nadaljeval, pa za računalniške centre najlažje dostopne orbite niso prav primerne. Mednarodna vesoljska postaja recimo kroži na višini okoli 400 kilometrov in ima orbito, ki je rahlo nagnjena glede na ekvator. Ta orbita je najlažje dosegljiva, saj raketi pomaga vrtenje Zemlje, ki ji doda dodatno hitrost, podobno kot sukanje atleta pri metu kladiva. A Mednarodna vesoljska postaja zaradi te orbite v 24 urah doživi 16 ciklov noči in dneva. Vsakih 45 minut namreč pride na stran Zemlje, kjer je noč.
Računalniški centri bi morali biti umeščeni v tako imenovano sončno sinhrono orbito. Gre za orbito, ki je skoraj pravokotna na ekvator in torej poteka nad obema zemeljskima poloma. V taki orbiti so sateliti lahko nenehno v soncu. Ta orbita je prav zaradi tega zelo priljubljena za satelite, ki so namenjeni opazovanju zemeljskega površja. V tej orbiti so namreč vedno nad Zemljo v času »dneva« in hkrati se Zemlja pod njimi še vedno vrti. To pomeni, da lahko iz te orbite prepotujejo čez vse točke na Zemlji, kar je zelo priročno recimo za vohunske satelite.
Težava te orbite je, da raketa izgubi ves zagon, ki ga ima zaradi vrtenja Zemlje, in mora del goriva celo porabiti, da izniči ta učinek. To pomeni, da lahko enaka raketa v sončno sinhrono orbito pripelje približno četrtino manj tovora kot v bolj običajno nizkozemeljsko orbito.
Nevšečnosti z orbito pa se za računalniške centre tu ne končajo. Zaradi svoje uporabnosti je namreč sončno sinhrona orbita precej zasedena in v njej ni prostora za velike računalniške centre, ki bi potrebovali več kvadratnih kilometrov sončnih celic. Tako velik objekt bi se zelo težko premikal in vsi drugi sateliti bi se mu morali nenehno umikati. Zato je bolj realna izbira nekoliko višje sončno sinhrone orbite od trenutno tipično uporabljenih.
Taka višja orbita zahteva spet nekaj več raketne moči, predvsem pa se na tej višini začnejo Van Allenovi pasovi z veliko močnejšo radiacijo. Gre za pas visokoenergijskih delcev, ki jih oddaja Sonce. Zemljino površino pred temi delci varuje magnetno polje in so razlog za pojav polarnega sija.
Visokoenergijski delci lahko poškodujejo mikročipe, elektronsko shranjene podatke in počasi uničujejo sončne celice. Vse to bi zahtevalo prilagoditve uporabljenih računalnikov in skrajšalo njihovo življenjsko dobo.
Hlajenje v praznem vesolju
Največji izziv vesoljskih računalniških centrov pa je hlajenje. Sodobni strežniki, na kakršnih razvijajo modele umetne inteligence, porabijo do deset kilovatov električne moči, kar je enako desetim do petnajstim sobnim IR-panelom.
Cel računalniški center bi imel porabo več deset megavatov. Največkrat citirana študija, ki jo je pripravilo podjetje Starcloud, predvideva začetni center s porabo 40 megavatov, kar je enako porabi mesta velikosti Kranja ali Celja.
Praktično vso to energijo je treba odvesti iz sistema, kar pa je v vakuumu vesolja kljub nizkim temperaturam veliko težje kot na Zemlji. V ozračju namreč lahko za hlajenje uporabimo zrak in ventilatorje, kar pa v vesolju ni mogoče. Hlajenje je mogoče le z radiiranjem toplote, kar zahteva velike površine.
Mednarodna vesoljska postaja potrebuje med 75 in 90 kilovati energije in približno toliko toplote mora oddati v vesolje. Za to uporablja kompleksen hladilni sistem, ki uporablja kot hladilno tekočino amonijak in velike hladilne plošče, ki morajo biti vedno prečno na sončne žarke.
Oddajanje toplote v vakuumu diktira formula, ki sta jo odkrila slovenski fizik Jožef Stefan in njegov učenec Ludwig Boltzmann, in je močno odvisna od temperature. Žal ta narekuje, da morajo biti radiatorji toplote precej veliki.
Računalniški center, o katerem govori Starcloud, bi potreboval radiatorje, ki bi bili po površini enaki desetim do petnajstim nogometnim igriščem. Hladilni sistem bi močno povečal težo, ki bi jo bilo treba utiriti v orbito, in hkrati precej zakompliciral zahteve po vzdrževanju.
Komunikacija z orbito
Precej tehničnih izzivov predstavlja tudi prenos velike količine podatkov. Danes so sicer satelitske komunikacije močno napredovale, a količine podatkov v modelih umetne inteligence so tako velike, da te povezave ne zadostujejo. Starcloud na primer predvideva, da bodo podatke v računalniški center prenašali s sondo, ki bi jih pripeljala na spominskih diskih.
Način, kako se izogniti prenašanju velikih količin podatkov, je, da je vesoljski računalniški center čim večji, tako da velika večina prenosov podatkov poteka le med različnimi komponentami istega sistema. To diktira, da morajo biti učinkoviti računalniški centri v vesolju gigantski.
Čeprav Starcloud kot prvi primer računalniškega centra v vesolju predvideva kompleks s 40 megavati moči, kar je samo po sebi enako srednje velikemu običajnemu podatkovnemu centru, pa njihovi dolgoročni načrti predvidevajo mnogo večje produkcijske centre, ki bi dosegali do pet gigavatov moči. Tak center bi potreboval več kot 15 kvadratnih kilometrov sončnih celic, kar je na primer velikost četrtne skupnosti Vič.
Google se v projektu Suncatcher poskuša izogniti več kilometrov velikim konstrukcijam v vesolju, zato preučuje vzpostavitev konstelacije še vedno zelo velikih satelitov, ki bi med seboj komunicirali z laserji, kar pa pomeni, da bi morali po orbiti krožiti v natančno koordinirani formaciji.
Eno so torej težave s komunikacijo med različnimi podsistemi računalniškega centra, za potrebe komunikacije z uporabniki, ki bodo najverjetneje vseeno ostali na Zemlji, pa enostavna rešitev ni mogoča. Tudi če bo mogoče vzpostaviti relativno hitro komunikacijo, je verjetno neizogibna znatna časovna zamuda.
Znanstvena fantastika in Silicijeva dolina
Natančnejši pregled tehnoloških možnosti torej kaže, da gre pri načrtih za računalniške centre v vesolju za ideje, ki bi jih zlahka uvrstili v znanstvenofantastične filme. Kljub temu gre za načrte, ki nimajo nerešljivih tehničnih izzivov, ampak bi šlo za evolucijo tehnologije, ki je omogočila Mednarodno vesoljsko postajo, sodobne satelitske komunikacije, kot je omrežje Starlink, in pa mikročipe, ki že danes omogočajo modele umetne inteligence.
Povsem drugo vprašanje pa je cena takih vesoljskih kompleksov in kako bi se primerjala s precej bolj običajnim inženirskim izzivom povečanja proizvodnje električne energije, kar trenutno omejuje rast infrastrukture umetne inteligence.
Znanstvenofantastična ikonografija v deklariranih načrtih velikih ameriških tehnoloških podjetij je že dobro utečena in se ne zdi naključna ali brez namena.
Praktično vsa podjetja, ki ponujajo modele umetne inteligence, poslujejo z veliko izgubo. Posebno zagonska podjetja tako financirajo svoje delovanje ne s prihodki od prodaje svojih storitev, ampak z nenehnim nabiranjem novega kapitala.
Precejšen del nalog vodstev podjetij je zato konstruiranje zgodbe podjetja, ki bo prepričljiva za nove vlagatelje, in pri tem so pogosto uspešnejši tisti, ki obljubijo ne le dobiček, ampak majhen košček fantazije, da bo znanstvena fantastika postala resničnost.
