Google запустил на орбиту прототип спутника с четырьмя специализированными TPU Trillium, чтобы проверить работу ИИ-оборудования в условиях космоса. Проект Suncatcher должен оценить перспективы размещения части вычислительной инфраструктуры за пределами Земли, несмотря на проблемы с охлаждением, стоимостью запусков и устареванием компонентов.

Прототипный спутник отправили в космос на ракете Falcon 9 с базы Ванденберг в Калифорнии. Аппарат размером примерно с холодильник оснащён четырьмя ускорителями TPU (Tensor Processing Unit), предназначенными для задач машинного обучения.

Испытания должны показать, как компоненты переносят перегрузки при запуске, космическое излучение и экстремальные температуры. Во время старта оборудование испытывает перегрузки от 50 до 100 g, а также вибрации по всем трём осям.

В рамках миссии спутник будет выполнять простые запросы с использованием модели искусственного интеллекта Gemma. Из-за сложности отвода тепла в вакууме вычислительные блоки планируют включать только на 15 минут, после чего спутник будет отключаться примерно на 20 минут. Доступная мощность прототипа составляет около 1 кВт.

Google подчёркивает, что текущий этап предназначен прежде всего для выявления возможных точек отказа и сбора данных для будущих миссий. Наземные испытания, проведённые в Crocker Nuclear Laboratory при Калифорнийском университете, уже показали устойчивость компонентов к радиации. Теперь эту характеристику проверят непосредственно на орбите.

Космическая среда предоставляет почти постоянный доступ к солнечному свету. По оценке проекта, спутники могут генерировать до восьми раз больше солнечной энергии, чем аналогичная система на поверхности Земли. Размещение вычислительной инфраструктуры на орбите также рассматривается как способ снизить зависимость от наземных ресурсов и обойти сопротивление местных сообществ в США строительству крупных дата-центров.

При этом в космосе невозможно использовать конвекцию и водяные градирни. Google испытывает систему, объединяющую тепловые трубки и крупные радиаторы, которые отводят тепло за счёт излучения. Лабораторные испытания такой конструкции проходили в термовакуумной камере, имитирующей орбитальные условия.

В будущем вычислительным спутникам потребуется значительно больше энергии — от 50 до 100 кВт. Переход от 1 кВт в нынешнем прототипе к целевым значениям потребует решить проблемы с электроснабжением и стабилизацией температуры. Для сравнения, современные телекоммуникационные спутники потребляют от 10 до 20 кВт.

Опубликованное исследователями Google исследование в рецензируемом журнале Joule указывает, что один спутник с ИИ-компонентами будет потреблять столько же энергии, сколько целый серверный шкаф в традиционном дата-центре. По мере получения данных с орбиты инженеры намерены совершенствовать системы охлаждения.

Такой подход может снизить нагрузку на водные и энергетические ресурсы на Земле, но создаёт новые инженерные задачи. Конструкторам предстоит разместить крупные радиаторы в обтекателях ракет, не допустив чрезмерного увеличения массы. Если удастся стабилизировать температуру TPU при непрерывной работе, космические серверы смогут получить преимущество перед наземными объектами благодаря доступу к солнечной энергии.

Одним из главных препятствий для экономической эффективности проекта остаётся быстрое устаревание вычислительного оборудования. Новые ИИ-ускорители появляются с циклом в один-два года, тогда как срок службы спутника на орбите составляет от пяти до семи лет. Поскольку заменять компоненты в космосе непросто, орбитальное оборудование может быстро уступить по производительности более новым наземным системам.

Аналитики считают, что окупаемость Project Suncatcher будет зависеть от резкого снижения стоимости вывода грузов на орбиту. Дополнительные риски связаны с ростом числа объектов в космосе: крупные группировки вычислительных спутников могут повысить вероятность столкновений и усугубить проблему космического мусора. Google рассматривает работу группами по 81 спутнику, а SpaceX говорит о возможной группировке численностью до 1 млн объектов.

Космическое излучение также способно вызывать так называемые bit flips — ошибки в оперативной памяти, при которых меняются значения данных. Поэтому отрасль рассматривает подобные эксперименты как многолетний научно-исследовательский процесс. Высокие затраты и длительные сроки внедрения не позволят проекту быстро заменить традиционные серверные центры, однако снижение стоимости запуска килограмма груза благодаря новым ракетам может сделать орбитальные дата-центры дополнением к наземной инфраструктуре.

Следующим важным направлением станет лазерная связь между спутниками. Для обмена данными внутри группировки потребуются высокоскоростные оптические каналы на небольших расстояниях. Традиционные спутниковые системы создавались для передачи данных на большие расстояния с низкой пропускной способностью и не рассчитаны на нагрузку, которую создают крупные языковые модели.

Лазерная система должна удерживать цель размером с монету на расстоянии в несколько километров, пока оба спутника движутся со скоростью в несколько тысяч километров в час. Надёжность оптических каналов важна и для согласованной работы всей группы устройств.

В 2027 году Google планирует перейти ко второй фазе проекта и отправить ещё два спутника, рассчитанных на непрерывную работу. Они также проверят высокоскоростную лазерную связь на небольших расстояниях и синхронизированную работу вычислительных систем.

Создание распределённых кластеров TPU на орбите позволит разделять крупные ИИ-модели между несколькими аппаратами. В массовом масштабе сходный подход пока внедрила только сеть Starlink. Эксперименты должны показать, насколько задержки передачи сигнала повлияют на производительность распределённого кластера.

Стабильная связь между спутниками, движущимися вокруг Земли, необходима для выполнения задач, превосходящих нынешние демонстрационные запросы модели Gemma. Результаты испытаний определят, сможет ли концепция космического облака для ИИ выйти за пределы экспериментальной стадии.