Бывший ученый НАСА опроверг Маска! Строительство дата-центров в космосе еще абсурднее, чем миссии с астронавтами

Бывший инженер NASA и эксперт по облачным технологиям Google Таранис выступил с резкой критикой идеи создания дата-центров в космосе, назвав её «совершенно нереалистичной и плохой затеей». Как эксперт с докторской степенью по космической электронике и десятилетним стажем работы в Google, он поочередно разобрал фатальные недостатки этой концепции с точки зрения энергоснабжения, охлаждения, радиационной стойкости и коммуникаций.

Опыт эксперта NASA и выводы из работы астронавтов МКС

(Источник: Boeing)

В целях прояснения своей квалификации автор статьи — бывший инженер и учёный NASA, имеющий докторскую степень по космической электронике. Он также проработал 10 лет в Google, в различных подразделениях компании, включая YouTube и облачный отдел, отвечавший за развертывание AI-вычислений. Такой опыт на стыке космической инженерии и облачных вычислений делает его крайне компетентным в данной теме.

В начале статьи он прямо заявляет: «Это определённо плохая идея, действительно совершенно бессмысленная». Причин много, но если говорить кратко, то оборудование, необходимое для работы дата-центра, особенно центры с AI-вычислениями на базе GPU и TPU, абсолютно не подходит для эксплуатации в космосе. Если вы никогда не работали в этой сфере, он призывает не полагаться на интуицию — реальное функционирование космического «железа» отнюдь не всегда очевидно.

Это предостережение основано на его реальном опыте в NASA. Космическая среда предъявляет к электронике намного более высокие требования, чем можно вообразить; даже астронавты на Международной космической станции (МКС) вынуждены решать множество технических задач, не встречающихся на Земле. Каждый системный модуль МКС тщательно спроектирован для работы в вакууме, при радиации и экстремальных перепадах температур — что почти всегда означает серьёзные компромиссы по производительности и огромные затраты.

Энергоснабжение: солнечная батарея МКС тянет только 200 GPU

Главная причина, по которой кто-то может захотеть построить дата-центр в космосе, якобы — изобилие энергии. Но инженер NASA отмечает, что на самом деле это не так. По сути, есть два варианта: солнечная энергия и ядерная. Солнечная подразумевает установку панелей с фотоячейками — они работают, но не дают какого-либо магического преимущества по сравнению с наземными солнечными батареями. Потери энергии при прохождении атмосферы не столь велики, так что оценки требуемой площади в целом верны.

Крупнейшая солнечная батарея, установленная в космосе, — это система МКС, выдающая максимум чуть больше 200 кВт. Её развертывание потребовало нескольких полётов шаттлов и огромного труда экипажа; площадь системы — около 2500 кв. м, что больше половины футбольного поля.

В качестве ориентира: NVIDIA H200 требует примерно 0,7 кВт на один чип. Работать поодиночке они не могут, а КПД преобразования энергии далёк от 100%, так что 1 кВт на GPU — более реалистичная оценка. Таким образом, огромная батарея МКС способна питать всего около 200 GPU.

Сравнение энергопотребления

Солнечная батарея МКС: 200 кВт пиковой мощности, 2500 кв. м площадь

Один H200 GPU: 1 кВт фактической мощности

Количество GPU на мощности МКС: около 200 (эквивалентно 3 стоечным серверам на Земле)

Проект дата-центра OpenAI в Норвегии: 100 000 GPU

Чтобы достичь мощности OpenAI, потребуется запустить 500 спутников размером с МКС. Для сравнения: в одном серверном шкафу помещается 72 GPU, то есть каждый такой гигантский спутник — это всего лишь три шкаф-стойки. Ядерная энергетика не поможет: типичный радиоизотопный термоэлектрогенератор (RTG) выдаёт 50–150 Вт, чего не хватит даже для одного GPU.

Кошмар с охлаждением: в вакууме конвекция невозможна

Многие при этом думают: «В космосе холодно, значит, охлаждать оборудование будет легко, правда?» Ответ инженера NASA: «Э-э… нет… совсем не так».

На Земле охлаждение относительно легко организовать: конвекция воздуха отлично работает, вентиляторы эффективно рассеивают тепло, а при необходимости можно использовать жидкостное охлаждение, передавая тепло с чипа на крупный радиатор. В космосе нет воздуха — вакуум, конвекция невозможна.

Космос как таковой не имеет температуры, только объекты её имеют. В системе Земля–Луна средняя температура почти такая же, как на Земле. Неподвижный спутник с теневой стороны остывает до 4 Кельвин (чуть выше абсолютного нуля), а на солнечной стороне может разогреться до нескольких сотен градусов по Цельсию. Поэтому тепловые схемы требуют очень тщательного проектирования.

Автор проектировал камеры для работы в космосе, и тепловое управление было ключевым моментом. Система потребляла максимум 1 Вт, а в режиме ожидания — около 10% этого. Вся энергия превращается в тепло, которое отводится через крепление плат к корпусу.

Охладить даже один H200 в таких условиях — абсолютный кошмар. Радиаторы и вентиляторы не работают вообще, даже жидкостное охлаждение требует передачи тепла к радиатору, который должен излучать тепло в космос. На МКС действует система активного терморегулирования (ATCS) с аммиачным контуром и крупными радиаторами, способная рассеивать 16 кВт — это всего 16 H200, чуть больше четверти земного серверного шкафа. Размер радиатора — 13,6 м х 3,12 м, т.е. примерно 42,5 кв. м.

Если взять за ориентир 200 кВт, понадобится система в 12,5 раза больше — около 531 кв. м, что в 2,6 раза превышает площадь солнечных батарей. Это уже спутник больше самой МКС, а производительность — только три стандартных серверных шкафа на Земле.

Радиация: чипы GPU в космосе беззащитны, как астронавты без скафандра

(Источник: Википедия)

Это как раз область докторских исследований автора. Допустим, вы обеспечили питание и охлаждение электроники в космосе — остаётся проблема радиационной стойкости. Главные источники радиации — Солнце и глубокий космос. Речь идёт о заряженных частицах, движущихся с большими долями скорости света — от электронов до ядер атомов. Они могут напрямую повреждать материалы, из которых изготовлены чипы.

Самое частое последствие — одиночный сбой (SEU), когда частица, пронзив транзистор, вызывает кратковременный ненужный импульс, т.е. случайное изменение бита. Хуже — одиночная защёлка (Single Event Latchup): когда импульс вызывает превышение напряжения, и может возникнуть паразитная связь между силовыми шинами, что приводит к перегоранию затвора.

Для длительных миссий важно учитывать накопленный эффект: со временем из-за постоянных столкновений частиц параметры чипов ухудшаются, транзисторы переключаются медленнее, растёт энергопотребление. На практике это означает постепенное снижение тактовой частоты и увеличение энергозатрат.

GPU, TPU и их скоростная память — худший вариант с точки зрения радиационной стойкости. Мелкие геометрии транзисторов особенно уязвимы к SEU и защёлкам. Чипы, специально созданные для работы в космосе, используют другие структуры и увеличенные размеры, их производительность соответствует примерно процессорам PowerPC 20-летней давности (2005 года). Сделать GPU/TPU по этой технологии можно, но их производительность будет крошечной по сравнению с современными земными аналогами.

Коммуникационные узкие места и выводы

Большинство спутников связываются с Землёй по радио, и получить устойчивое соединение быстрее 1 Гбит/с очень сложно. На Земле 100 Гбит/с между стойками — это низший стандарт, и разница видна невооружённым глазом. Инженер NASA резюмирует: «Если вы очень захотите, то сделать это как-то можно, но реализовать будет крайне сложно, стоимость будет несоизмеримо выше, чем у земных дата-центров, а производительность — максимум посредственная. По-моему, это катастрофически плохая идея».