Riassunto:
Google sta portando avanti un piano per un data center spaziale chiamato "Suncatcher" e il 1° ottobre ha lanciato il suo primo satellite sperimentale per verificare le tecnologie chiave del progetto. Tuttavia, la ricerca di Google ha anche rivelato un problema molto reale: se in futuro si dovrà davvero costruire in orbita un data center AI su larga scala, le attuali capacità missilistiche di SpaceX da sole sono lungi dall'essere sufficienti. Il costo per entrare in orbita deve essere ridotto a circa 200 dollari al chilogrammo e questo obiettivo potrebbe richiedere il raggiungimento graduale di circa 1.800 lanci di astronavi.
Il satellite sperimentale è stato prodotto da Planet Labs e dotato della Tensor Processing Unit, o TPU, sviluppata in modo indipendente da Google. Questa è la prima volta che Google invia nello spazio il proprio processore specifico per l’intelligenza artificiale per test operativi effettivi. Il satellite verificherà se il TPU può funzionare a lungo nell’ambiente orbitale, compresi aspetti chiave come l’alimentazione, la dissipazione del calore e l’esecuzione di modelli di intelligenza artificiale nell’ambiente spaziale.
Questo satellite sperimentale può essere considerato una piattaforma di verifica tecnologica per il progetto Google Suncatcher. La sua portata è ancora molto limitata. Ha solo un numero limitato di TPU al suo interno e non ha la potenza di calcolo di un vero data center. Google spera di confermare una delle domande più basilari attraverso questa missione: se i chip informatici AI possono funzionare in modo affidabile in un ambiente orbitale.
Se la risposta è sì, in futuro Google tenterà inoltre di formare un gran numero di satelliti informatici in un cluster di calcolo orbitante, utilizzerà l'energia solare per alimentare i processori di intelligenza artificiale e utilizzerà connessioni di comunicazione ad alta velocità tra i satelliti per formare un'infrastruttura informatica simile a un data center.
Il motivo per cui Google valuta di mettere il suo data center AI nello spazio è legato ai problemi energetici sempre più gravi nei data center terrestri. I data center IA su larga scala consumano molta energia e, poiché la portata dei modelli IA continua ad espandersi, la domanda di potenza di calcolo continua a crescere rapidamente. I data center di terra non solo devono costruire un gran numero di strutture per la produzione e la trasmissione di energia, ma devono anche risolvere problemi quali il terreno, il raffreddamento e la capacità della rete elettrica.
Al contrario, l'ambiente orbitale può ottenere energia solare relativamente stabile e i satelliti non hanno bisogno di occupare la terra. La ricerca di Google ritiene che, in determinate condizioni, l’energia solare spaziale possa diventare una potenziale fonte di energia per l’informatica basata sull’intelligenza artificiale.
Ma il problema è che il costo per l'invio dei data center nello spazio è ancora molto elevato.
Il documento tecnico Suncatcher pubblicato da Google stima che se speriamo di ridurre il costo di trasporto dei data center orbitali a circa 200 dollari al chilogrammo, avremo bisogno di una nuova generazione di veicoli di lancio per ottenere un riutilizzo su larga scala e aumentare significativamente la frequenza di lancio. Secondo il modello di Google, sarebbero necessarie circa 370.000 tonnellate di carico utile aggiuntivo solo per mettere in orbita la massa cumulativa necessaria per raggiungere questo obiettivo di costo.
Se calcolato in base al fatto che ciascuna astronave può trasportare in orbita circa 200 tonnellate di carico utile, ciò equivale a circa 1.800 lanci di astronavi.
Ciò non significa che Google debba lanciare 1.800 astronavi prima di lanciare il suo primo data center spaziale, ma è un calcolo utilizzato per misurare la portata dell'intero settore e i costi di trasporto futuri. La ricerca di Google ritiene che se l’intero settore aerospaziale spera di ridurre il costo dell’orbita a circa 200 dollari al kg e di stabilire capacità di trasporto sufficienti a supportare data center spaziali su larga scala, dovrà raggiungere una scala di lancio cumulativa di questo ordine di grandezza.
Secondo questo modello, in futuro saranno necessari in media circa 180 lanci di astronavi all'anno per mantenere la corrispondente velocità di trasporto. Google ritiene che, sebbene questa frequenza di lancio sia molto elevata, teoricamente non supera gli obiettivi di sviluppo delle astronavi a lungo termine di SpaceX.
Negli ultimi anni SpaceX ha iniziato a posizionare le astronavi come il veicolo principale per le future infrastrutture spaziali su larga scala. L’azienda ritiene che se l’astronave potesse essere completamente riutilizzata e infine raggiungere la capacità di lanciarsi una volta all’ora e trasportare in orbita circa 200 tonnellate di carico utile alla volta, milioni di tonnellate di attrezzature potrebbero essere trasportate nello spazio ogni anno.
SpaceX ha persino proposto un'idea più radicale, ovvero costruire un'infrastruttura informatica orbitale basata sull'intelligenza artificiale attraverso lanci su larga scala. Secondo le stime di SpaceX, se ogni tonnellata di satelliti in orbita può fornire circa 100 kilowatt di potenza di calcolo, la distribuzione di 1 milione di tonnellate di apparecchiature nello spazio ogni anno potrebbe aggiungere circa 100 GW di potenza di calcolo dell’intelligenza artificiale.
Tuttavia, esiste ancora un enorme divario tra questi obiettivi di SpaceX e le sue attuali capacità effettive. Sebbene la Starship abbia condotto numerosi voli di prova, la sua piena riutilizzabilità, le stabili capacità di lancio commerciale e le capacità di lancio ad alta frequenza devono ancora essere ulteriormente verificate.
Google stessa non ha ignorato questo problema. Il modello economico del progetto Suncatcher in realtà fa molto affidamento sulla capacità dei razzi riutilizzabili di prossima generazione di ridurre significativamente il prezzo dell’orbita.
L'attuale costo orbitale dei razzi commerciali tradizionali è ancora molto più elevato di quello di cui Google ha bisogno. Una precedente ricerca di Google aveva stimato che se i data center orbitali vogliono competere economicamente con i data center terrestri, i costi di lancio dovranno scendere in modo significativo dall’attuale livello di migliaia di dollari per chilogrammo a poche centinaia di dollari o anche meno.
La ricerca di Google fornisce anche un obiettivo a lungo termine più chiaro: entro il 2035, se il costo per entrare in orbita sarà ridotto a meno di 200 dollari al chilogrammo attraverso una nuova generazione di veicoli di lancio, allora i data center spaziali potrebbero davvero avere la base economica per un'espansione su larga scala.
Oltre ai costi dei razzi, i data center spaziali hanno un altro problema che viene facilmente trascurato, ovvero il costo di produzione del satellite stesso.
Anche se il costo dell'invio di chip informatici in orbita viene ridotto, se i satelliti utilizzati per trasportare questi chip sono ancora molto costosi, allora il modello di business complessivo sarà ancora difficile da stabilire. I data center spaziali richiedono un gran numero di pannelli solari, apparecchiature di raffreddamento, apparecchiature di comunicazione, moduli informatici e hardware resistente alle radiazioni, e i costi di produzione di queste apparecchiature devono essere ulteriormente ridotti.
La dissipazione del calore in particolare è un problema particolare. I data center terrestri possono utilizzare sistemi di raffreddamento ad aria, ad acqua o altre tecnologie di raffreddamento a liquido per rimuovere il calore, ma gli ambienti sottovuoto non possono dissipare il calore attraverso la convezione dell'aria. I data center orbitali devono fare affidamento principalmente sulle radiazioni per rilasciare calore nello spazio, quindi è necessario progettare una struttura di dissipazione del calore su vasta area.
D'altra parte, le radiazioni cosmiche nell'ambiente spaziale influenzeranno anche i chip IA. Uno scopo importante dell'esperimento di Google è osservare se il TPU sarà influenzato dalle radiazioni in un ambiente orbitale reale e se il sistema sarà in grado di rilevare e ripristinare quando si verifica un errore.
La comunicazione è anche fondamentale per il successo dei data center orbitali. Un gran numero di satelliti informatici devono essere collegati tramite collegamenti ad alta velocità, altrimenti sarà impossibile formare risorse informatiche unificate simili ai cluster IA terrestri. Google deve quindi risolvere il problema dello scambio di dati ad alta velocità tra i satelliti e della trasmissione dei dati tra i satelliti e la terra.
Google prevede attualmente di utilizzare l'energia solare per azionare questi dispositivi informatici orbitali e di utilizzare collegamenti di comunicazione tra i satelliti per formare una rete informatica su larga scala. Poiché l’energia solare può fornire una fornitura relativamente stabile in orbita, questa soluzione può teoricamente evitare il problema dei data center terrestri che aumentano costantemente la capacità della rete.
Ma allo stato attuale, Suncatcher di Google è ancora un progetto sperimentale iniziale. Il satellite lanciato questa volta serve solo a verificare "se la TPU può funzionare nello spazio", e c'è ancora molta strada da fare prima dell'effettiva realizzazione di un data center AI composto da centinaia o addirittura migliaia di satelliti.
Allo stesso tempo, Google non è l'unica azienda che effettua ricerche sui data center orbitali. SpaceX ha discusso pubblicamente l'implementazione di satelliti informatici su larga scala in orbita, anche startup come Starcloud stanno studiando soluzioni simili e anche altre società tecnologiche e aerospaziali hanno mostrato interesse nell'utilizzo dell'energia solare spaziale per gestire strutture di calcolo AI.
Il più grande disaccordo in quest'area in questo momento riguarda i costi. I sostenitori sostengono che poiché le richieste di energia e terra dei data center AI continuano a crescere, le infrastrutture terrestri potrebbero alla fine diventare sempre più costose, mentre i progressi nei razzi riutilizzabili, nella produzione di massa di satelliti e nell’energia solare hanno il potenziale per rendere l’informatica spaziale economicamente competitiva in futuro.
Ma un'altra opinione è che i data center orbitali debbano anche sostenere costi aggiuntivi come la produzione di satelliti, i lanci di razzi, il raffreddamento spaziale, la protezione dalle radiazioni e le comunicazioni. Pertanto, anche se le astronavi venissero riutilizzate con successo su larga scala, non si può semplicemente presumere che i data center spaziali saranno necessariamente più economici di quelli terrestri.
Al momento, la ricerca di Google non ha concluso che "i data center spaziali sostituiranno presto i data center terrestri". Al contrario, il numero di 1.800 lanci di astronavi dimostra semplicemente che affinché il calcolo orbitale raggiunga davvero il livello di commercializzazione su larga scala, i costi e le capacità di lancio dell’intero settore del trasporto spaziale richiederanno enormi cambiamenti.
Il lancio del prototipo di satellite Suncatcher è quindi più che altro il primo passo dell'intero piano. Google deve prima dimostrare che il TPU può funzionare nello spazio per un lungo periodo, quindi risolvere problemi di ingegneria come dissipazione del calore, comunicazione e radiazione e infine espandere la piattaforma di calcolo orbitale sperimentale in un vero data center attraverso la produzione di satelliti su larga scala e il lancio ad alta frequenza a basso costo.
Se una nuova generazione di razzi riutilizzabili pesanti, come le future astronavi, può davvero raggiungere i costi di lancio e la frequenza previsti dal modello di Google, allora 1.800 lanci non saranno un compito che deve essere completato in una volta, ma potrebbero diventare una capacità di trasporto gradualmente accumulata nel processo di costruzione di nuove infrastrutture spaziali. Per Suncatcher, che è ancora in fase sperimentale, ciò che determina realmente il successo o il fallimento del progetto è se questi numeri possono essere trasformati da un modello economico su carta in reali capacità ingegneristiche.
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