Google рассказала об инициативе Project Suncatcher, предусматривающей использование группировок спутников-ЦОД на основе фирменных ИИ-ускорителей TPU. Предполагается, что спутники будут работать на солнечной энергии, в изобилии поступающей в околоземное пространство, сообщает пресс-служба техногиганта. Спутники будут связаны оптическими каналами.

Размещать спутники в космосе компания намерена не случайно. При выборе подходящей орбиты солнечная панель может быть в восемь раз производительнее, чем на Земле и генерировать электричество практически непрерывно, не завися от погодных условий, что сведёт к минимуму потребность в использовании аккумуляторов.

В будущем космос может стать оптимальным местом для масштабных ИИ-вычислений. Project Suncatcher предполагает создание относительно небольших спутниковых группировок с питанием от солнечных элементов, оснащённых TPU-ускорителями. Возможность использования оптических соединений друг с другом обеспечивает огромный потенциал масштабирования. Кроме того, к минимуму сводится воздействие на земные ресурсы.

Компания опубликовала документ Towards a future space-based, highly scalable AI infrastructure system design, в котором описала прогресс в решении фундаментальных задач, связанных с реализацией проекта, включая высокоскоростную связь между спутниками. Учитываются орбитальная динамика и влияние радиации на вычислительные компоненты. Модульная структура обеспечит создание высокомасштабируемой ИИ-инфраструктуры в космосе в будущем.

Предлагаемая система представляет собой сеть спутников на солнечно-синхронной низкой околоземной орбите, которые будут практически постоянно находиться под солнечными лучами. Выбор орбиты позволяет максимально эффективно использовать солнечную энергию и снизить потребность в использовании тяжёлых бортовых аккумуляторов. Тем не менее, предстоит решить ряд задач на пути к цели.

Сначала необходимо обеспечить высокоскоростные оптические соединения с низкой задержкой в рамках распределённого космического ЦОД. Для того, чтобы производительность была сопоставима с земными аналогами, необходимо обеспечить связь в десятки терабит в секунду. Этого, возможно, удастся добиться с помощью спектрального уплотнения (DWDM) и пространственного мультиплексирования.

Впрочем, для обеспечения необходимой пропускной способности необходима мощность сигнала в тысячи раз выше, чем в традиционных системах дальнего радиуса действия. Ожидается, что частично решить проблему можно будет, разместив спутники очень близко друг к другу (километры или даже меньше). Компания уже начала стендовые испытания подходящих технологий и добилась с парой приёмопередатчиков скорости передачи 800 Гбит/с в каждом направлении (всего 1,6 Тбит/с).

Также пришлось разработать модели орбитальной динамики близко расположенных спутников, поскольку те должны летать гораздо более «компактно», чем любая существующая система. На динамику орбит, например, влияют несферичность гравитационного поля Земли и потенциальное сопротивление разреженной атмосферы при их движении. Модели показывают, что при размещении спутников на расстоянии в сотни метров друг от друга, скорее всего, потребуются лишь незначительные манёвры по поддержанию стабильности группировок в пределах нужной орбиты.

Стоит отметить и необходимость обеспечения устойчивости TPU к условиям низкой околоземной орбиты. TPU v6e Trillium прошёл испытания в пучке протонов с энергией 67 МэВ для проверки их устойчивости к радиации. Наиболее чувствительными компонентами оказались HBM-модули, но в целом результаты оказались многообещающими для компонентов «из коробки» — TPU Trillium удивительно устойчивы к радиации для применения в космосе.

Ключевую роль в успехе сыграет экономическая целесообразность проекта и стоимость запуска. Исторически именно высокие затраты на запуск были одним из основных препятствий для создания крупномасштабных космических систем. Тем не менее в Google прогнозируют, что к середине 2030-х гг. цены могут снизиться до менее $200/кг. В компании сообщают, что при таком уровне затрат стоимость запуска и эксплуатации космического ЦОД может стать приблизительно сопоставимой с заявленными затратами на питание эквивалентного наземного дата-центра в расчёте на кВт·ч/год.

Предварительный анализ показывает, что непреодолимых физических и экономических препятствий для вычислений в космосе не имеется, но ещё предстоит решить ряд инженерных задач вроде проблем управления температурным режимом, обеспечения высокоскоростной наземной связи и надёжности орбитальных систем.

Для решения этих задач следующим этапом станет учебная миссия при участии компании Planet, в рамках которой планируется запустить два прототипа спутников уже к началу 2027 года. Будет на практике проверена работа TPU и оптических межспутниковых каналов связи. В конечном итоге группировки гигаваттного масштаба возможно, выиграют от применения новых вычислительных архитектур, более подходящих для космической среды.

Космических проектов в последние годы реализуется немало. Так, буквально в конце октября появилась новость, что Crusoe развернёт облачную платформу на спутнике Starcloud.

Источник:

• Google Research