Cựu kỹ sư NASA: Xây dựng trung tâm dữ liệu không gian là ý tưởng tệ nhất mà tôi từng nghe.

Một cựu kỹ sư NASA và chuyên gia đám mây của Google giải thích lý do tại sao xây dựng một trung tâm dữ liệu trong không gian là một ý tưởng hoàn toàn không thực tế, thách thức trong mọi thứ, từ năng lượng và tản nhiệt đến khả năng chịu bức xạ. Bài viết này bắt nguồn từ một bài báo được viết bởi Taranis và đã được biên soạn, biên soạn và viết. (Tóm tắt nội dung: Người đàn ông này muốn gửi một máy khai thác bitcoin vào không gian: ánh nắng mặt trời không giới hạn + phí làm mát bằng không là thánh địa khai thác BTC) (Bổ sung nền: Di chuyển đập Tam Hiệp vào không gian) Trung Quốc có kế hoạch xây dựng một nhà máy điện không gian năng lượng mặt trời, và nhân loại sẽ hoan nghênh tự do năng lượng? Để làm rõ, tôi là một cựu kỹ sư/nhà khoa học của NASA với bằng tiến sĩ về điện tử không gian. Tôi cũng đã làm việc tại Google được 10 năm, làm việc ở nhiều bộ phận khác nhau của công ty, bao gồm cả YouTube và bộ phận đám mây chịu trách nhiệm triển khai sức mạnh tính toán AI, vì vậy tôi đủ điều kiện để nói về chủ đề này. Nói một cách đơn giản: đây là một ý tưởng hoàn toàn khủng khiếp, và nó thực sự không có ý nghĩa gì cả. Có nhiều lý do cho điều này, nhưng điểm mấu chốt là các thiết bị điện tử cần thiết để làm cho các trung tâm dữ liệu hoạt động, đặc biệt là những thiết bị triển khai sức mạnh tính toán AI dưới dạng GPU và TPU, hoàn toàn không phù hợp để hoạt động trong không gian. Nếu bạn chưa từng làm việc trong lĩnh vực này trước đây, tôi cảnh báo không nên đưa ra các giả định trực quan, bởi vì thực tế của việc làm cho phần cứng không gian thực sự hoạt động trong không gian không nhất thiết phải rõ ràng. Lý do số một mọi người muốn làm điều này dường như là có rất nhiều điện trong không gian. Đây không phải là trường hợp. Về cơ bản, bạn chỉ có hai lựa chọn: năng lượng mặt trời và hạt nhân. Năng lượng mặt trời có nghĩa là triển khai một dãy các tấm pin mặt trời với tế bào quang điện - về cơ bản tương đương với một thiết bị trên mái nhà của tôi ở Ireland, chỉ trong không gian. Nó hoạt động, nhưng nó không tốt hơn một cách kỳ diệu so với việc lắp đặt các tấm pin mặt trời trên mặt đất - bạn không bị mất nhiều điện qua khí quyển, vì vậy trực giác của bạn về diện tích cần thiết là gần như đúng. Mảng năng lượng mặt trời lớn nhất từng được triển khai trong không gian là hệ thống Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS), cung cấp chỉ hơn 200kW công suất ở mức cao nhất. Điều quan trọng cần đề cập là việc triển khai hệ thống đòi hỏi một số chuyến bay của tàu con thoi và rất nhiều công việc - nó khoảng 2.500 mét vuông, hơn một nửa kích thước của một sân bóng bầu dục Mỹ. Sử dụng NVIDIA H200 làm tài liệu tham khảo, yêu cầu năng lượng của mỗi thiết bị GPU là khoảng 0,7kW cho mỗi chip. Những điều này không thể hoạt động một mình và chuyển đổi năng lượng không hiệu quả 100%, vì vậy 1kW cho mỗi GPU thực sự có thể là một điểm chuẩn tốt hơn. Kết quả là, một mảng khổng lồ, có kích thước ISS có thể cung cấp năng lượng cho khoảng 200 GPU. Điều đó nghe có vẻ nhiều, nhưng chúng ta hãy giữ một số quan điểm: Trung tâm dữ liệu sắp tới của OpenAI ở Na Uy dự định chứa 100.000 GPU, mỗi GPU có thể ngốn năng lượng hơn H200. Để đạt được công suất này, bạn cần phóng 500 vệ tinh cỡ ISS. Để so sánh, một giá đỡ máy chủ duy nhất (chẳng hạn như doanh số bán hàng được cấu hình sẵn của NVIDIA) sẽ chứa 72 GPU, vì vậy mỗi vệ tinh khổng lồ chỉ tương đương với khoảng ba giá đỡ. Năng lượng hạt nhân cũng sẽ không giúp ích gì. Chúng ta không nói về lò phản ứng hạt nhân ở đây - chúng ta đang nói về máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ (RTG), có công suất đầu ra điển hình khoảng 50W - 150W. Vì vậy, nó thậm chí không đủ để chạy một GPU duy nhất, ngay cả khi bạn có thể thuyết phục ai đó đưa cho bạn một mảnh plutonium dưới tới hạn và đừng bận tâm rằng bạn có hàng trăm cơ hội để rải nó trên một khu vực rộng lớn khi phóng một phương tiện để phát nổ khả năng tự hủy diệt của nó. Hệ thống điều khiển nhiệt tiên tiến ISS (Boeing) Tôi đã thấy khá nhiều người nhận xét về khái niệm này rằng, “Chà, không gian lạnh, vì vậy việc làm mát sẽ dễ dàng, phải không?” Ợ… Không… Không hẳn. Làm mát trên Trái đất tương đối đơn giản. Đối lưu không khí hoạt động tốt - để không khí thổi qua bề mặt, đặc biệt là tản nhiệt được thiết kế với tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích lớn, có thể truyền nhiệt từ tản nhiệt sang không khí khá hiệu quả. Nếu bạn cần mật độ năng lượng cao hơn so với tản nhiệt trực tiếp (và GPU công suất cao chắc chắn thuộc loại này), bạn có thể sử dụng tản nhiệt bằng chất lỏng để truyền nhiệt từ chip sang các bộ tản nhiệt / tản nhiệt lớn hơn ở nơi khác. Trong các trung tâm dữ liệu trên Trái đất, các chu trình làm mát thường được thiết lập, trong đó máy móc được làm mát bằng chất làm mát (thường là nước), được bơm xung quanh giá đỡ, chiết xuất nhiệt và đưa chất làm mát trở lại chu trình. Thông thường chất làm mát được làm mát thành không khí bằng cách đối lưu, vì vậy dù sao, đó là cách nó hoạt động trên Trái đất. Trong không gian, không có không khí. Môi trường gần với chân không tuyệt đối và không có sự khác biệt thực tế, vì vậy đối lưu hoàn toàn không xảy ra. Khi nói đến kỹ thuật vũ trụ, chúng ta thường nghĩ đến quản lý nhiệt, không chỉ làm mát. Sự thật là bản thân không gian không có nhiệt độ. Chỉ các chất mới có nhiệt độ. Điều này có thể làm bạn ngạc nhiên, nhưng trong hệ thống Trái đất-Mặt trăng, nhiệt độ trung bình của hầu hết mọi thứ về cơ bản giống với nhiệt độ trung bình của Trái đất, bởi vì đó là lý do tại sao Trái đất có nhiệt độ cụ thể đó. Nếu vệ tinh quay, hơi giống như gà trên vỉ nướng, nó sẽ có xu hướng duy trì nhiệt độ gần như ổn định tương tự như bề mặt Trái đất. Nếu nó không quay, mặt quay ra xa mặt trời sẽ dần trở nên mát hơn, khoảng 4 Kelvin do hạn chế của nền vi sóng vũ trụ, trên độ không tuyệt đối một chút. Về phía nắng, tình hình có thể trở nên khá nóng, lên tới hàng trăm độ C. Do đó, quản lý nhiệt đòi hỏi phải thiết kế rất cẩn thận để đảm bảo rằng nhiệt được hướng cẩn thận đến nơi cần đến. Bởi vì không có đối lưu trong chân không, điều này chỉ có thể đạt được bằng cách dẫn điện hoặc một số loại bơm nhiệt. Tôi đã thiết kế phần cứng không gian để bay trong không gian. Trong một trường hợp cụ thể, tôi đã thiết kế một hệ thống máy ảnh cần phải rất nhỏ và nhẹ, trong khi vẫn cung cấp khả năng chụp ảnh cấp độ khoa học. Quản lý nhiệt là trọng tâm của quá trình thiết kế. Điều này phải xảy ra, bởi vì nguồn điện khan hiếm đối với tàu vũ trụ nhỏ và việc quản lý nhiệt phải đạt được trong khi vẫn giữ khối lượng ở mức tối thiểu. Vì vậy, đối với tôi, không có bơm nhiệt hay những thứ ưa thích: Tôi đi theo hướng khác và thiết kế hệ thống để tiêu thụ khoảng 1 watt ở mức cao nhất và giảm xuống khoảng 10% khi máy ảnh không hoạt động. Tất cả điện năng này được chuyển đổi thành nhiệt, vì vậy nếu tôi chỉ tiêu thụ 1 watt khi chụp ảnh, sau đó tắt cảm biến hình ảnh ngay khi dữ liệu đi vào RAM, tôi có thể cắt giảm một nửa mức tiêu thụ điện năng, và sau đó khi hình ảnh được tải xuống máy tính bay, tôi có thể tắt RAM, giảm công suất xuống một mức tương đối nhỏ. Quản lý nhiệt duy nhất cần thiết là bắt vít mép của bo mạch vào giá đỡ để các lớp đồng bên trong bo mạch có thể truyền bất kỳ nhiệt nào được tạo ra. Làm mát ngay cả một chiếc H200 sẽ là một cơn ác mộng tuyệt đối. Rõ ràng tản nhiệt và quạt sẽ không hoạt động chút nào, nhưng có một phiên bản làm mát bằng chất lỏng của H200. Giả sử phiên bản này được sử dụng. Nhiệt này cần được truyền đến tản nhiệt - nó không giống như bộ tản nhiệt trong ô tô của bạn, nhớ không có đối lưu? Nó cần tỏa nhiệt vào không gian. Giả sử chúng ta có thể hướng nó ra xa mặt trời. Hệ thống điều khiển nhiệt chủ động (ATCS) trên ISS là một ví dụ về hệ thống điều khiển nhiệt như vậy. Đây là một hệ thống rất phức tạp sử dụng mạch làm mát amoniac và một hệ thống lớn các tấm bức xạ nhiệt. Nó có giới hạn nhiệt là 16kW, vì vậy khoảng 16 GPU H200, nhiều hơn một phần tư giá đỡ trên mặt đất. Hệ thống bảng bức xạ nhiệt có kích thước 13,6m x 3,12m, khoảng 42,5 mét vuông. Nếu chúng ta lấy 200kW làm tiêu chuẩn và giả định rằng tất cả sức mạnh này sẽ được chuyển đến GPU, chúng ta cần một hệ thống lớn hơn 12.5 lần, tức là khoảng 531 …