Колишній інженер NASA: створення космічного центру даних – це найгірша ідея, яку я коли-небудь чув.

Колишній інженер NASA та експерт із хмарних хмар Google пояснює, чому будівництво центру обробки даних у космосі є абсолютно нереалістичною ідеєю, яка кидає виклик у всьому, від потужності та розсіювання тепла до радіаційної стійкості. Ця стаття є похідною від статті, написаної Таранісом, і була складена, упорядкована та написана. (Синопсис: Ця людина хоче відправити машину для майнінгу біткойнів у космос: необмежене сонце + нульова плата за охолодження – це мекка майнінгу BTC) (Довідкове доповнення: Перенесіть греблю «Три ущелини» в космос) Китай планує побудувати сонячну космічну електростанцію, а людство буде вітати енергетичну свободу? Щоб уточнити, я колишній інженер/науковець NASA зі ступенем доктора філософії в галузі космічної електроніки. Я також працюю в Google вже 10 років, працюючи в різних підрозділах компанії, включаючи YouTube і хмарний підрозділ, відповідальний за розгортання обчислювальних потужностей штучного інтелекту, тому я маю достатню кваліфікацію, щоб говорити на цю тему. Якщо сказати просто: це абсолютно жахлива ідея, і вона дійсно не має сенсу. На це є багато причин, але суть полягає в тому, що електроніка, необхідна для забезпечення роботи центрів обробки даних, особливо ті, які розгортають обчислювальні потужності штучного інтелекту у вигляді графічних процесорів і TPU, абсолютно не пристосована для роботи в космосі. Якщо ви раніше не працювали в цій галузі, я застерігаю від інтуїтивних припущень, тому що реальність отримання космічного обладнання для фактичної роботи в космосі не обов'язково очевидна. Головна причина, по якій люди хочуть це робити, здається, полягає в тому, що в космосі багато електрики. Це не так. По суті, у вас є лише два варіанти: сонячна енергія та атомна енергія. Сонячна енергія означає розгортання масиву сонячних панелей з фотоелементами — по суті, еквівалент пристрою на даху мого будинку в Ірландії, просто в космосі. Це дійсно працює, але це не чарівно краще, ніж встановлення сонячних панелей на землі — ви не втрачаєте стільки електроенергії через атмосферу, тому ваша інтуїція щодо необхідної площі приблизно правильна. Найбільшою сонячною батареєю, коли-небудь розгорнутою в космосі, є система Міжнародної космічної станції (МКС), яка видає трохи більше 200 кВт енергії на піку. Важливо зазначити, що для розгортання системи знадобилося кілька польотів Спейс Шаттл і велика робота — це близько 2500 квадратних метрів, що більше ніж удвічі менше розміру поля для американського футболу. Використовуючи NVIDIA H200 як довідник, потреба в потужності кожного пристрою з графічним процесором становить близько 0,7 кВт на чіп. Вони не можуть працювати поодинці, а перетворення енергії не є на 100% ефективним, тому 1 кВт на графічний процесор насправді може бути кращим орієнтиром. В результаті величезний масив розміром з МКС може живити близько 200 графічних процесорів. Це звучить як багато, але давайте збережемо деяку перспективу: майбутній дата-центр OpenAI в Норвегії розрахований на 100 000 графічних процесорів, кожен з яких, ймовірно, більш енергоємний, ніж H200. Щоб вийти на таку потужність, потрібно запустити 500 супутників розміром з МКС. Для порівняння, одна серверна стійка (наприклад, попередньо налаштовані продажі NVIDIA) вміщатиме 72 графічні процесори, тому кожен гігантський супутник еквівалентний лише приблизно трьом стійкам. Не допоможе і атомна енергетика. Ми не говоримо про ядерні реактори — ми говоримо про радіоізотопні термоелектричні генератори (RTG), які мають типову вихідну потужність близько 50 Вт – 150 Вт. Таким чином, недостатньо навіть запустити один графічний процесор, навіть якщо ви можете переконати когось дати вам підкритичний шматок плутонію і не заперечуєте, що у вас є сотні шансів поширити його на велику територію під час запуску транспортного засобу, щоб вибухнути його самознищенням. Удосконалена система контролю температури МКС (Boeing) Я бачив, як досить багато людей коментували цю концепцію, кажучи: «Ну, космос холодний, тому охолодження буде легким, чи не так?». Відрижка… Ні… Не зовсім. Охолодження на Землі відносно просте. Повітряна конвекція працює добре — дозволяючи повітрю дути над поверхнею, особливо радіатором, сконструйованим з великим співвідношенням площі поверхні до об'єму, може досить ефективно передавати тепло від радіатора до повітря. Якщо вам потрібна вища щільність потужності, ніж пряме охолодження (а потужні графічні процесори точно потрапляють у цю категорію), ви можете використовувати рідинне охолодження для передачі тепла від чіпа до більших радіаторів/радіаторів в інших місцях. У центрах обробки даних на Землі зазвичай встановлюються цикли охолодження, коли машини охолоджуються охолоджуючою рідиною (зазвичай водою), яка перекачується по стійці, витягуючи тепло і повертаючи охолоджуючу рідину в цикл. Зазвичай охолоджуюча рідина охолоджується в повітря за допомогою конвекції, так що в будь-якому випадку, так воно працює на Землі. У космосі повітря немає. Навколишнє середовище близьке до абсолютного вакууму і практичної різниці немає, тому конвекція не відбувається зовсім. Коли справа доходить до космічної інженерії, ми зазвичай думаємо про терморегулювання, а не лише про охолодження. Правда в тому, що космос сам по собі не має температури. Температуру мають тільки речовини. Це може вас здивувати, але в системі Земля-Місяць середня температура майже всього в основному така ж, як середня температура Землі, тому що саме тому Земля має саме таку температуру. Якби супутник обертався, трохи схожий на курку на грилі, він мав би тенденцію підтримувати приблизно постійну температуру, подібну до поверхні Землі. Якщо він не обертається, сторона, звернена в бік від Сонця, поступово ставатиме холоднішою, приблизно на 4 Кельвіна через обмеження космічного мікрохвильового фону, трохи вище абсолютного нуля. На сонячній стороні ситуація може стати досить спекотною, досягаючи сотень градусів за Цельсієм. Тому управління температурним режимом вимагає дуже ретельного проектування, щоб гарантувати, що тепло обережно спрямовується туди, куди воно має йти. Оскільки у вакуумі немає конвекції, цього можна досягти тільки за допомогою кондукції або якогось теплового насоса. Я розробив космічне обладнання для польотів у космосі. В одному конкретному випадку я розробив систему камер, яка мала бути дуже маленькою та легкою, водночас забезпечуючи можливості обробки зображень наукового рівня. Термоменеджмент лежить в основі процесу проектування. Це повинно бути так, тому що потужності для невеликих космічних апаратів мало, а терморегулювання повинно бути досягнуто при збереженні маси до мінімуму. Так що для мене це не тепловий насос або наворочені речі: я пішов в іншому напрямку і розробив систему так, щоб вона споживала близько 1 Вт на піку і знижувала приблизно до 10%, коли камера простоює. Вся ця електроенергія перетворюється в тепло, тому якщо я споживаю лише 1 ват під час зйомки зображення, а потім вимикаю датчик зображення, як тільки дані надходять в оперативну пам'ять, я можу скоротити споживання енергії вдвічі, а потім, коли зображення завантажується на бортовий комп'ютер, я можу вимкнути оперативну пам'ять, зменшивши потужність до відносно крихітного рівня. Єдине, що потрібно для терморегулювання, — це прикрутити край плати болтами до стійки, щоб мідні шари всередині плати могли передавати будь-яке тепло, що виділяється. Охолодження навіть одного H200 було б абсолютним кошмаром. Судячи з усього, радіатор і вентилятор взагалі не працюватимуть, але є версія H200 з рідинним охолодженням. Припустимо, використовується така версія. Це тепло потрібно передавати в радіатор — це не схоже на радіатор у вашій машині, пам'ятаєте, там немає конвекції? Він повинен випромінювати тепло в космос. Припустимо, ми можемо направити його в сторону від Сонця. Прикладом такої системи термоконтролю є Активна система контролю температури (ATCS) на МКС. Це дуже складна система, в якій використовується аміачний контур охолодження і велика система тепловипромінюючих пластин. Він має тепловий ліміт 16 кВт, тобто близько 16 графічних процесорів H200, що становить трохи більше чверті стійки на землі. Система панелей теплового випромінювання має розміри 13,6 м х 3,12 м, що становить приблизно 42,5 квадратних метрів. Якщо взяти за орієнтир 200 кВт і припустити, що вся ця потужність піде на графічний процесор, нам потрібна система в 12,5 разів більше, тобто близько 531 …