SG.hu·
Mennyire nehéz orbitális adatközpontokat építeni?
A SpaceX egymillió műholdból álló rendszerrel több tízmillió csúcskategóriás GPU működtetését tervezi, aminek a megvalósításához példátlan indítási kapacitásra és billió dolláros beruházásra lesz szükség.
A SpaceX jövőbeli értékének döntő részét nem a rakétákra és nem is az űrhajókra alapozza. Ehelyett a vállalat egy egymillió műholdból álló konstelláció felbocsátását és üzemeltetését képzeli el, amely összesen 120 gigawatt teljesítmény előállítására lenne képes. Ez elegendő energiát biztosítana több tízmillió, sőt akár 100 millió csúcskategóriás GPU működtetéséhez adatközponti szolgáltatások számára. A vállalat alapítója, Elon Musk már hónapokkal ezelőtt ismertette ennek a hatalmas műholdrendszernek a tervét, de egészen a közelmúltig alig lehetett tudni az egyes műholdak méretéről és képességeiről. Ez júniusban változott meg, amikor Musk és Ian Dahl, a SpaceX műholdmérnöki igazgatója egy promóciós videóban beszéltek a vállalat első orbitális adatközpontjának fejlesztéséről, amely az AI1 műhold nevet kapta. A videóban a vállalat végre nyilvánosságra hozta a műhold méretére és energiaellátására vonatkozó számait.
"Nincs szükség semmiféle varázslatra, olyan technológiára, amely még nem létezne" - mondta Musk a videóban, amikor az AI1 műholdak megépítésének kihívásairól beszélt. "Ennek nagy része olyan technológia, amelyet már kifejlesztettünk a Starlink V3 műholdakhoz. Alapvetően úgy gondoljuk, hogy ez nem egy különösebben bonyolult probléma." Az orbitális adatközpontok fizikája valóban nem tartalmaz semmiféle varázslatot, a gazdasági oldal azonban finoman fogalmazva is rendkívül problémás. A téma széles körű vitát indított el arról, hogy ez a technológia a közeljövőben valóban életképes-e, mind műszaki, mind gazdasági szempontból, vagy csupán túlzott felhajtás övezi most, hogy a SpaceX már tőzsdén jegyzett vállalat.
Matt Desch, az Iridium Communications vezérigazgatója, aki hosszú ideje a műholdipar egyik józanul gondolkodó vezetője, az idei egyik eredménybeszámoló során kapott kérdést arról, mit gondol az elképzelésről. "Jelenleg ez rendkívül forró téma, főként a Starlink bejelentése és néhány más hasonló kezdeményezés miatt" - válaszolta Desch. "Úgy tűnik, hogy ez egy olyan probléma, amely az űrben megoldható. Ugyanakkor óriási műszaki kihívásokat kell leküzdeni."
Desch szerint az orbitális adatközpontok iránti hirtelen lelkesedést nem feltétlenül az hajtja, hogy valóban szükség lenne rájuk az űrben, hanem inkább pénzügyi megfontolások. "Legjobb esetben is nagyon hosszú távú lehetőségről van szó, és elgondolkodom azon, hogy a sok vita mögött nem inkább más okok állnak-e, mint egy sürgős probléma megoldása. Én is felülhetnék erre a hullámra, hogy növeljem a vállalat értékelését. De mi egy rendkívül gyakorlatias vállalat vagyunk, amely a készpénztermelésre és a növekedésre összpontosít, ezért inkább maradok azoknál a témáknál, amelyekkel jelenleg is foglalkozunk."
De akkor kinek van igaza? A rövid válasz az, hogy a sikerhez rengeteg mindennek kell tökéletesen sikerülnie. Az egyik legfontosabb érv az orbitális adatközpontok mellett az, hogy az űrben korlátlan és ingyenes energia áll rendelkezésre a Napból. A SpaceX által közzétett tervrajz alapján minden AI1 műhold körülbelül 600 négyzetméternyi napelemmel rendelkezne, ami nagyjából másfélszer akkora terület, mint egy kosárlabdapálya. Ezek a napelemek 150 kilowatt csúcsteljesítményt és átlagosan 120 kilowatt számítási teljesítményhez szükséges energiát termelnének. A napelemek tömege azonban gyorsan összeadódik. Becslések szerint önmagukban 1-2 tonnát nyomnának.
Stuart Taylor műholdipari tanácsadó szerint a SpaceX esetleg a hagyományos szilícium helyett egy újabb anyagot, az úgynevezett perovszkitot alkalmazhatja - erről már internetes pletykák is keringenek -, amely jóval könnyebb napelemeket tenne lehetővé. Ugyanakkor továbbra is kérdéses a perovszkit hosszú távú stabilitása, ezért az elemzés hagyományos szilícium napelemekkel számol. A műholdakon működő számítógépek jelentős mennyiségű hőt termelnek, ezért nagyméretű hűtőbordára lesz szükség, amelynek tömegét különböző becslések további 1-2 tonnára teszik. Ha ehhez hozzászámítjuk a műhold vázszerkezetét, a GPU-kat és minden egyéb alkatrészt, akkor egy AI1 műhold várható tömege 3,5 és 7,5 tonna között alakulhat. Ennek az óriási tömegnek a világűrbe juttatásához szupernehéz hordozórakétára van szükség. A Starship V3 változatának becsült teherbírása 100 tonna alacsony Föld körüli pályára, de a SpaceX mérnökei már dolgoznak a V4 változaton, amelynek kapacitása elérheti a 200 tonnát.
Az utolsó fontos változó az indítás költsége. A Starship végső célja a teljes újrafelhasználhatóság, amelynek során mind az első, mind a második fokozat visszatér az indítóállásra, majd néhány órán belül ismét felkészíthető a következő felszállásra. Ebben az esetben az egyetlen jelentősebb költséget az üzemanyag - nagyjából 1,5 millió dollár folyékony oxigénre, metánra és egyéb fogyóanyagokra -, valamint a rakéták és a földi kiszolgáló berendezések gyártásával és karbantartásával foglalkozó személyzet jelentené. Egy ideális, 20 millió dolláros Starship-indítási költség kilogrammonként mindössze 100 dolláros alacsony Föld körüli pályára juttatási költséget jelentene. Ez nem elérhetetlen cél, ha a Starship fejlesztése sikeresen halad, de ehhez időre lesz szükség.
A SpaceX várhatóan úgy tervezi, hogy minden műhold öt-hét évig működik, ezt követően pedig vagy Nap körüli pályára irányítják selejtezés céljából, vagy elégetik a Föld légkörében. Ötéves élettartammal számolva az egymillió műhold pályára állítása, majd folyamatos pótlása évente több ezer rakétaindítást igényelne. Tehát még a legkedvezőbb esetben is napi tíz rakétaindításra lenne szükség. A legrosszabb forgatókönyv napi 42 indítást jelentene. Ez rendkívül sok. Tavaly a világ új rekordot állított fel orbitális rakétaindításokból. Jonathan McDowell asztrofizikus adatai szerint 329 indítási kísérlet történt, amelyek közül 321 legalább minimálisan sikeres pályára állást eredményezett. Ezek közül 170-et a SpaceX hajtott végre. Ez azt jelenti, hogy az orbitális adatközpont-konstelláció kiszolgálásához a SpaceX-nek legalább hússzorosára kellene növelnie jelenlegi indítási kapacitását.
A vállalatnak jelenleg egy Starship-indítóállása működik a texasi Starbase bázison, de néhány éven belül összesen négy indítótorony állhat rendelkezésére Texasban és Floridában. Ezek azonban elsősorban egyenlítő közeli pályákra optimalizáltak, ezért a Nap-szinkron pályákhoz új indítóhelyekre lehet szükség. A vállalat Louisiana államban és más helyszíneken is vizsgálja a lehetőségeket.
A Quilty Space elemzőcég becslése szerint a Starlink V3 műholdak - amelyek az orbitális adatközpontok alapját jelentik - egyenként körülbelül egymillió dollárba kerülnek. Még akkor is, ha figyelembe vesszük a sorozatgyártásból származó költségcsökkentést, az egymillió dolláros darabár optimista becslésnek tekinthető, hiszen az orbitális adatközpontok lényegesen nagyobb napelemekkel és rendkívül drága számítógépes hardverrel rendelkeznek majd. Ehhez hozzáadódik a földi infrastruktúra, amely a világ minden részén biztosítja az adatok továbbítását az űr és a Föld között. Ennek költségét az elemzés mindhárom forgatókönyv esetében körülbelül 100 milliárd dollárra becsüli.
A teljes költség így minimálisan 350 milliárd dollár lesz, de pesszimista forgatókönyvnél akár ennek a hússzorosa is lehet. Ez még akkor is elképesztően sok pénz, ha valaki a világ első dollárbilliomosa. A SpaceX ugyanakkor nemrég a tőzsdetörténet egyik legsikeresebb elsődleges részvénykibocsátását hajtotta végre, így jelentős tőkével rendelkezik. Csakhogy ennél is sokkal többre lesz szüksége. Emellett létfontosságú, hogy a Starship valóban drasztikusan csökkentse az indítási költségeket. Ha ez nem sikerül, akkor az egész elképzelés aligha válhat megvalósíthatóvá.
Az orbitális adatközpontok fizikai kihívásai komolyak, de nem leküzdhetetlenek. A SpaceX a Starlink konstelláció működtetése során már megállapította, hogy a szükséges számítógépes alkatrészek, például a processzorok és a memóriák jelentős része eleve viszonylag jól tűri a sugárzást. Sam Waldman fizikus - aki 2012 és 2018 között dolgozott a SpaceX-nél többek között a Starlink fedélzeti elektronikai rendszerein - elmondta, hogy inkább a tápegységek és más elektronikai alkatrészek érzékenyek a sugárzásra, de ezek kezelésére már ismert műszaki megoldások léteznek. A csúcskategóriás számítógépes chipek esetében Musk elmondta, hogy a SpaceX kezdetben az Nvidia Rubin processzorait kívánja alkalmazni, később pedig saját fejlesztésű chipekre térne át.
Arra is vannak már bizonyítékok, hogy a földi adatközpontokban használt chipek bizonyos módosításokkal az űrben is működőképesek lehetnek. A Starcloud nevű startup tavaly egy Nvidia H100 GPU-t alapos földi teszteknek vetett alá, majd egy kis műhold fedélzetére szerelte és felbocsátotta az űrbe. A cél annak vizsgálata volt, hogy a földi adatközpontokban használt chip képes-e elviselni az indítás során fellépő rezgéseket és az űrbéli sugárzást. Philip Johnston, a Starcloud társalapítója és vezérigazgatója szerint a chip eddig kiválóan teljesít. A korai adatok alapján úgy véli, hogy megfelelő, de nem túlzott árnyékolással ezek a chipek ugyanolyan hosszú élettartamúak lehetnek az űrben, mint a Földön, sőt akár még tovább is működhetnek. Ez biztató eredmény, de még nem tekinthető végleges bizonyítéknak.
A Hewlett-Packard a Nemzetközi Űrállomáson is végzett kísérleteket a Spaceborne program keretében. A Google szintén vizsgálta V6e Trillium TPU számítási modulját, és megállapította, hogy az ionizáló sugárzás idővel meghibásodásokat okozhat. Ugyanakkor arra jutottak, hogy az eszközök körülbelül öt évig megbízhatóan működhetnek az űrben. Ez reális élettartamnak tűnik az orbitális adatközpontok számára is. Belátható időn belül az űrben történő javításokra aligha lehet számítani, így valószínűleg öt év után a sugárzás már komoly károkat okoz majd a hardverben. Ez egyben nagyjából az az időszak is, amely alatt egy csúcskategóriás chip technológiailag elavulttá válik. Természetesen mindezt még valós körülmények között, nagyléptékű űrbeli működés során kell igazolni.
A felesleges hő elvezetése komoly probléma, és valószínűleg ez jelenti az orbitális adatközpontok legnagyobb műszaki kihívását. A Földön a hűtés nagy része légáramlással történik, amikor a hő a meleg tárgyról átadódik a levegőnek, majd a felmelegedett levegő elszállítja azt. Az űrben azonban nincs levegő, ezért ez a folyamat nem működik. Az űreszközök ezért hősugárzásra támaszkodnak, vagyis infravörös sugárzás formájában adják le a hőt a világűrbe. Ez viszonylag gyenge folyamat, ezért rendkívül nagy alumínium hűtőpanelekre van szükség, amelyek halványan sugározzák ki a hőt. Emellett csőrendszer is kell, amely a melegebb részekből a hűtőpanelekhez szállítja a hőhordozó folyadékot.
A NASA már megoldotta ezt a problémát hasonló nagyságrendben. A Nemzetközi Űrállomás hat ammóniás hűtősugárzója együttesen valamivel több mint hat tonnát nyom, és körülbelül 70 kilowatt hőt képes leadni, ami nagyjából megfelel a SpaceX terveiben szereplő műholdak igényeinek. Waldman szerint a SpaceX a Starlink révén már jelentős tapasztalatot szerzett ezen a területen. "A Starlink műholdak azért néznek ki úgy, ahogy, mert a lehető legnagyobb felületet biztosítják a hősugárzáshoz. A SpaceX rendkívül jó adatokkal rendelkezik erről a problémáról."
A Starcloud szintén erre koncentrál: Johnston szerint mérnökeik kétharmada egy olcsó és könnyű hűtősugárzó fejlesztésén dolgozik. A vállalat jelenleg a Starcloud-2 küldetés előkészítésén dolgozik, amely egy 450 kilogrammos, 8 kilowatt teljesítményű műhold lesz. Az indítást októberre tervezik, és siker esetén bizonyítja majd, hogy a hő hatékonyan kisugározható, miközben valódi ügyfélfeladatokat is képes ellátni. Összességében a hősugárzás mérnöki problémája jól ismert, itt nincs szükség új fizikai felfedezésekre. A nehézséget az jelenti, hogy ezt sokkal hatékonyabban kell megoldani, mint a jelenlegi űrállomási rendszereknél. "Az ISS hűtősugárzói drágák és nehezek" - mondta Johnston. "Mi azon dolgozunk, hogy olcsók és könnyűek legyenek."
Az egyik probléma az, hogy sem a hűtésre, sem a hatalmas napelemekre, sem az indítás gazdaságosságára nincs még valós példánk ilyen méretű műholdrendszereknél. Jelenleg nem tudjuk, hogy a mai technológiával valóban megoldható-e ekkora léptékben adatközpontokat hűteni az űrben. Fizikailag lehetséges, de a kérdés az, hogy működik-e ipari méretekben. Scott Manley egy nemrég megjelent videójában szintén arra hívta fel a figyelmet, hogy a hűtés jelenti az űrbeli adatközpontok legnagyobb kihívását.
A késleltetés, vagyis az az idő, amely alatt az adatok a rendszer egyik pontjáról a másikra jutnak, minden számítástechnikai feladatnál kulcsfontosságú tényező. Ez természetesen meghatározza azt is, mennyire lehet hatékony egy műholdas adatközpont, különösen akkor, amikor a műholdak több tíz, több száz méterre vagy akár kilométerekre helyezkednek el egymástól, miközben közösen dolgoznak ugyanazon számítási feladaton. Mivel még kevés konkrét adat ismert a műholdak méretéről, számítási teljesítményéről és egymástól való távolságáról, nehéz pontos következtetéseket levonni. Az azonban biztosnak tekinthető, hogy egy orbitális adatközpontban a műholdak közötti késleltetés nagyobb lesz, mint egy földi adatközpont szerverállványai között.
Bizonyos feladatoknál, például több ezer GPU-n futó nagyméretű MI modellek betanításánál, ahol rendkívül gyors szinkronizációra van szükség, ez akár végzetes hátrányt is jelenthet. A földi adatközpontokban az ilyen szerverek néhány méterre helyezkednek el egymástól. Az űrben azonban ezek akár kilométerekre is lehetnek egymástól. A nagyobb távolság nagyobb késleltetést jelent, és ezek a plusz mikroszekundumok számítanak. Más MI feladatok, például a következtetés, sokkal kevésbé érzékenyek erre, ezért könnyebben alkalmazkodhatnak egy műholdrendszerhez. A döntő kérdés az, hogy az adott számítási feladat mennyire bontható kisebb részekre, és ezek elférnek-e egyetlen műhold számítási kapacitásán belül. Minél több együttműködésre van szükség a műholdak között, annál nagyobb problémát jelent a késleltetés.
A cikk eddig csak a műholdak közötti késleltetésről szólt, nem pedig a Föld és az űr közötti késleltetésről, amely azt határozza meg, milyen gyorsan jutnak el az adatok a Földről a műholdakra. Nagy mennyiségű kötegelt feldolgozás esetén a műholdak helyi adattárolással előre felkészülhetnek a munkára, hasonlóan a földi nagy teljesítményű számítógépekhez. Interaktív alkalmazásoknál vagy folyamatos adatfolyamok esetében azonban ez sokkal nagyobb problémát jelentene. Például egy felhőalapú játékstreaming szolgáltatást aligha lenne célszerű orbitális adatközpontokra építeni. A válasz tehát az, hogy minden az adott feladattól függ. A késleltetés valóban probléma, de nem minden számítási feladatnál ugyanolyan mértékben. Bizonyos alkalmazások számára komoly akadály lehet, mások számára viszont nem jelent kizáró okot.
Az, hogy egy ilyen műholdrendszer valóban működőképes lesz-e, számos rendkívül merész feltételezésen múlik, amelyeket csak a következő években lehet majd ellenőrizni, amikor a SpaceX megkezdi az első AI1 műholdak felbocsátását. Nincsenek alapvető fizikai akadályai annak, hogy adatközpontok működjenek az űrben. Vannak viszont rendkívül komoly műszaki problémák. Példátlan teherbírású, teljesen újrafelhasználható és rendkívül gyors indítási rendszerre van szükség. Az emberiség történetének legnagyobb műholdjait kell legyártani, ráadásul százszor annyit, mint amennyit valaha egyetlen műholdrendszer számára építettek. Abban is bízni kell, hogy a sugárzás hatása a chipekre kezelhető marad, és hogy a hősugárzásos hűtés valóban működik ekkora méretekben. És természetesen szükség lesz néhány billió dollárra is.
A SpaceX jövőbeli értékének döntő részét nem a rakétákra és nem is az űrhajókra alapozza. Ehelyett a vállalat egy egymillió műholdból álló konstelláció felbocsátását és üzemeltetését képzeli el, amely összesen 120 gigawatt teljesítmény előállítására lenne képes. Ez elegendő energiát biztosítana több tízmillió, sőt akár 100 millió csúcskategóriás GPU működtetéséhez adatközponti szolgáltatások számára. A vállalat alapítója, Elon Musk már hónapokkal ezelőtt ismertette ennek a hatalmas műholdrendszernek a tervét, de egészen a közelmúltig alig lehetett tudni az egyes műholdak méretéről és képességeiről. Ez júniusban változott meg, amikor Musk és Ian Dahl, a SpaceX műholdmérnöki igazgatója egy promóciós videóban beszéltek a vállalat első orbitális adatközpontjának fejlesztéséről, amely az AI1 műhold nevet kapta. A videóban a vállalat végre nyilvánosságra hozta a műhold méretére és energiaellátására vonatkozó számait.
"Nincs szükség semmiféle varázslatra, olyan technológiára, amely még nem létezne" - mondta Musk a videóban, amikor az AI1 műholdak megépítésének kihívásairól beszélt. "Ennek nagy része olyan technológia, amelyet már kifejlesztettünk a Starlink V3 műholdakhoz. Alapvetően úgy gondoljuk, hogy ez nem egy különösebben bonyolult probléma." Az orbitális adatközpontok fizikája valóban nem tartalmaz semmiféle varázslatot, a gazdasági oldal azonban finoman fogalmazva is rendkívül problémás. A téma széles körű vitát indított el arról, hogy ez a technológia a közeljövőben valóban életképes-e, mind műszaki, mind gazdasági szempontból, vagy csupán túlzott felhajtás övezi most, hogy a SpaceX már tőzsdén jegyzett vállalat.
Matt Desch, az Iridium Communications vezérigazgatója, aki hosszú ideje a műholdipar egyik józanul gondolkodó vezetője, az idei egyik eredménybeszámoló során kapott kérdést arról, mit gondol az elképzelésről. "Jelenleg ez rendkívül forró téma, főként a Starlink bejelentése és néhány más hasonló kezdeményezés miatt" - válaszolta Desch. "Úgy tűnik, hogy ez egy olyan probléma, amely az űrben megoldható. Ugyanakkor óriási műszaki kihívásokat kell leküzdeni."
Desch szerint az orbitális adatközpontok iránti hirtelen lelkesedést nem feltétlenül az hajtja, hogy valóban szükség lenne rájuk az űrben, hanem inkább pénzügyi megfontolások. "Legjobb esetben is nagyon hosszú távú lehetőségről van szó, és elgondolkodom azon, hogy a sok vita mögött nem inkább más okok állnak-e, mint egy sürgős probléma megoldása. Én is felülhetnék erre a hullámra, hogy növeljem a vállalat értékelését. De mi egy rendkívül gyakorlatias vállalat vagyunk, amely a készpénztermelésre és a növekedésre összpontosít, ezért inkább maradok azoknál a témáknál, amelyekkel jelenleg is foglalkozunk."
De akkor kinek van igaza? A rövid válasz az, hogy a sikerhez rengeteg mindennek kell tökéletesen sikerülnie. Az egyik legfontosabb érv az orbitális adatközpontok mellett az, hogy az űrben korlátlan és ingyenes energia áll rendelkezésre a Napból. A SpaceX által közzétett tervrajz alapján minden AI1 műhold körülbelül 600 négyzetméternyi napelemmel rendelkezne, ami nagyjából másfélszer akkora terület, mint egy kosárlabdapálya. Ezek a napelemek 150 kilowatt csúcsteljesítményt és átlagosan 120 kilowatt számítási teljesítményhez szükséges energiát termelnének. A napelemek tömege azonban gyorsan összeadódik. Becslések szerint önmagukban 1-2 tonnát nyomnának.
Stuart Taylor műholdipari tanácsadó szerint a SpaceX esetleg a hagyományos szilícium helyett egy újabb anyagot, az úgynevezett perovszkitot alkalmazhatja - erről már internetes pletykák is keringenek -, amely jóval könnyebb napelemeket tenne lehetővé. Ugyanakkor továbbra is kérdéses a perovszkit hosszú távú stabilitása, ezért az elemzés hagyományos szilícium napelemekkel számol. A műholdakon működő számítógépek jelentős mennyiségű hőt termelnek, ezért nagyméretű hűtőbordára lesz szükség, amelynek tömegét különböző becslések további 1-2 tonnára teszik. Ha ehhez hozzászámítjuk a műhold vázszerkezetét, a GPU-kat és minden egyéb alkatrészt, akkor egy AI1 műhold várható tömege 3,5 és 7,5 tonna között alakulhat. Ennek az óriási tömegnek a világűrbe juttatásához szupernehéz hordozórakétára van szükség. A Starship V3 változatának becsült teherbírása 100 tonna alacsony Föld körüli pályára, de a SpaceX mérnökei már dolgoznak a V4 változaton, amelynek kapacitása elérheti a 200 tonnát.
Az utolsó fontos változó az indítás költsége. A Starship végső célja a teljes újrafelhasználhatóság, amelynek során mind az első, mind a második fokozat visszatér az indítóállásra, majd néhány órán belül ismét felkészíthető a következő felszállásra. Ebben az esetben az egyetlen jelentősebb költséget az üzemanyag - nagyjából 1,5 millió dollár folyékony oxigénre, metánra és egyéb fogyóanyagokra -, valamint a rakéták és a földi kiszolgáló berendezések gyártásával és karbantartásával foglalkozó személyzet jelentené. Egy ideális, 20 millió dolláros Starship-indítási költség kilogrammonként mindössze 100 dolláros alacsony Föld körüli pályára juttatási költséget jelentene. Ez nem elérhetetlen cél, ha a Starship fejlesztése sikeresen halad, de ehhez időre lesz szükség.
A SpaceX várhatóan úgy tervezi, hogy minden műhold öt-hét évig működik, ezt követően pedig vagy Nap körüli pályára irányítják selejtezés céljából, vagy elégetik a Föld légkörében. Ötéves élettartammal számolva az egymillió műhold pályára állítása, majd folyamatos pótlása évente több ezer rakétaindítást igényelne. Tehát még a legkedvezőbb esetben is napi tíz rakétaindításra lenne szükség. A legrosszabb forgatókönyv napi 42 indítást jelentene. Ez rendkívül sok. Tavaly a világ új rekordot állított fel orbitális rakétaindításokból. Jonathan McDowell asztrofizikus adatai szerint 329 indítási kísérlet történt, amelyek közül 321 legalább minimálisan sikeres pályára állást eredményezett. Ezek közül 170-et a SpaceX hajtott végre. Ez azt jelenti, hogy az orbitális adatközpont-konstelláció kiszolgálásához a SpaceX-nek legalább hússzorosára kellene növelnie jelenlegi indítási kapacitását.
A vállalatnak jelenleg egy Starship-indítóállása működik a texasi Starbase bázison, de néhány éven belül összesen négy indítótorony állhat rendelkezésére Texasban és Floridában. Ezek azonban elsősorban egyenlítő közeli pályákra optimalizáltak, ezért a Nap-szinkron pályákhoz új indítóhelyekre lehet szükség. A vállalat Louisiana államban és más helyszíneken is vizsgálja a lehetőségeket.
A Quilty Space elemzőcég becslése szerint a Starlink V3 műholdak - amelyek az orbitális adatközpontok alapját jelentik - egyenként körülbelül egymillió dollárba kerülnek. Még akkor is, ha figyelembe vesszük a sorozatgyártásból származó költségcsökkentést, az egymillió dolláros darabár optimista becslésnek tekinthető, hiszen az orbitális adatközpontok lényegesen nagyobb napelemekkel és rendkívül drága számítógépes hardverrel rendelkeznek majd. Ehhez hozzáadódik a földi infrastruktúra, amely a világ minden részén biztosítja az adatok továbbítását az űr és a Föld között. Ennek költségét az elemzés mindhárom forgatókönyv esetében körülbelül 100 milliárd dollárra becsüli.
A teljes költség így minimálisan 350 milliárd dollár lesz, de pesszimista forgatókönyvnél akár ennek a hússzorosa is lehet. Ez még akkor is elképesztően sok pénz, ha valaki a világ első dollárbilliomosa. A SpaceX ugyanakkor nemrég a tőzsdetörténet egyik legsikeresebb elsődleges részvénykibocsátását hajtotta végre, így jelentős tőkével rendelkezik. Csakhogy ennél is sokkal többre lesz szüksége. Emellett létfontosságú, hogy a Starship valóban drasztikusan csökkentse az indítási költségeket. Ha ez nem sikerül, akkor az egész elképzelés aligha válhat megvalósíthatóvá.
Az orbitális adatközpontok fizikai kihívásai komolyak, de nem leküzdhetetlenek. A SpaceX a Starlink konstelláció működtetése során már megállapította, hogy a szükséges számítógépes alkatrészek, például a processzorok és a memóriák jelentős része eleve viszonylag jól tűri a sugárzást. Sam Waldman fizikus - aki 2012 és 2018 között dolgozott a SpaceX-nél többek között a Starlink fedélzeti elektronikai rendszerein - elmondta, hogy inkább a tápegységek és más elektronikai alkatrészek érzékenyek a sugárzásra, de ezek kezelésére már ismert műszaki megoldások léteznek. A csúcskategóriás számítógépes chipek esetében Musk elmondta, hogy a SpaceX kezdetben az Nvidia Rubin processzorait kívánja alkalmazni, később pedig saját fejlesztésű chipekre térne át.
Arra is vannak már bizonyítékok, hogy a földi adatközpontokban használt chipek bizonyos módosításokkal az űrben is működőképesek lehetnek. A Starcloud nevű startup tavaly egy Nvidia H100 GPU-t alapos földi teszteknek vetett alá, majd egy kis műhold fedélzetére szerelte és felbocsátotta az űrbe. A cél annak vizsgálata volt, hogy a földi adatközpontokban használt chip képes-e elviselni az indítás során fellépő rezgéseket és az űrbéli sugárzást. Philip Johnston, a Starcloud társalapítója és vezérigazgatója szerint a chip eddig kiválóan teljesít. A korai adatok alapján úgy véli, hogy megfelelő, de nem túlzott árnyékolással ezek a chipek ugyanolyan hosszú élettartamúak lehetnek az űrben, mint a Földön, sőt akár még tovább is működhetnek. Ez biztató eredmény, de még nem tekinthető végleges bizonyítéknak.
A Hewlett-Packard a Nemzetközi Űrállomáson is végzett kísérleteket a Spaceborne program keretében. A Google szintén vizsgálta V6e Trillium TPU számítási modulját, és megállapította, hogy az ionizáló sugárzás idővel meghibásodásokat okozhat. Ugyanakkor arra jutottak, hogy az eszközök körülbelül öt évig megbízhatóan működhetnek az űrben. Ez reális élettartamnak tűnik az orbitális adatközpontok számára is. Belátható időn belül az űrben történő javításokra aligha lehet számítani, így valószínűleg öt év után a sugárzás már komoly károkat okoz majd a hardverben. Ez egyben nagyjából az az időszak is, amely alatt egy csúcskategóriás chip technológiailag elavulttá válik. Természetesen mindezt még valós körülmények között, nagyléptékű űrbeli működés során kell igazolni.
A felesleges hő elvezetése komoly probléma, és valószínűleg ez jelenti az orbitális adatközpontok legnagyobb műszaki kihívását. A Földön a hűtés nagy része légáramlással történik, amikor a hő a meleg tárgyról átadódik a levegőnek, majd a felmelegedett levegő elszállítja azt. Az űrben azonban nincs levegő, ezért ez a folyamat nem működik. Az űreszközök ezért hősugárzásra támaszkodnak, vagyis infravörös sugárzás formájában adják le a hőt a világűrbe. Ez viszonylag gyenge folyamat, ezért rendkívül nagy alumínium hűtőpanelekre van szükség, amelyek halványan sugározzák ki a hőt. Emellett csőrendszer is kell, amely a melegebb részekből a hűtőpanelekhez szállítja a hőhordozó folyadékot.
A NASA már megoldotta ezt a problémát hasonló nagyságrendben. A Nemzetközi Űrállomás hat ammóniás hűtősugárzója együttesen valamivel több mint hat tonnát nyom, és körülbelül 70 kilowatt hőt képes leadni, ami nagyjából megfelel a SpaceX terveiben szereplő műholdak igényeinek. Waldman szerint a SpaceX a Starlink révén már jelentős tapasztalatot szerzett ezen a területen. "A Starlink műholdak azért néznek ki úgy, ahogy, mert a lehető legnagyobb felületet biztosítják a hősugárzáshoz. A SpaceX rendkívül jó adatokkal rendelkezik erről a problémáról."
A Starcloud szintén erre koncentrál: Johnston szerint mérnökeik kétharmada egy olcsó és könnyű hűtősugárzó fejlesztésén dolgozik. A vállalat jelenleg a Starcloud-2 küldetés előkészítésén dolgozik, amely egy 450 kilogrammos, 8 kilowatt teljesítményű műhold lesz. Az indítást októberre tervezik, és siker esetén bizonyítja majd, hogy a hő hatékonyan kisugározható, miközben valódi ügyfélfeladatokat is képes ellátni. Összességében a hősugárzás mérnöki problémája jól ismert, itt nincs szükség új fizikai felfedezésekre. A nehézséget az jelenti, hogy ezt sokkal hatékonyabban kell megoldani, mint a jelenlegi űrállomási rendszereknél. "Az ISS hűtősugárzói drágák és nehezek" - mondta Johnston. "Mi azon dolgozunk, hogy olcsók és könnyűek legyenek."
Az egyik probléma az, hogy sem a hűtésre, sem a hatalmas napelemekre, sem az indítás gazdaságosságára nincs még valós példánk ilyen méretű műholdrendszereknél. Jelenleg nem tudjuk, hogy a mai technológiával valóban megoldható-e ekkora léptékben adatközpontokat hűteni az űrben. Fizikailag lehetséges, de a kérdés az, hogy működik-e ipari méretekben. Scott Manley egy nemrég megjelent videójában szintén arra hívta fel a figyelmet, hogy a hűtés jelenti az űrbeli adatközpontok legnagyobb kihívását.
A késleltetés, vagyis az az idő, amely alatt az adatok a rendszer egyik pontjáról a másikra jutnak, minden számítástechnikai feladatnál kulcsfontosságú tényező. Ez természetesen meghatározza azt is, mennyire lehet hatékony egy műholdas adatközpont, különösen akkor, amikor a műholdak több tíz, több száz méterre vagy akár kilométerekre helyezkednek el egymástól, miközben közösen dolgoznak ugyanazon számítási feladaton. Mivel még kevés konkrét adat ismert a műholdak méretéről, számítási teljesítményéről és egymástól való távolságáról, nehéz pontos következtetéseket levonni. Az azonban biztosnak tekinthető, hogy egy orbitális adatközpontban a műholdak közötti késleltetés nagyobb lesz, mint egy földi adatközpont szerverállványai között.
Bizonyos feladatoknál, például több ezer GPU-n futó nagyméretű MI modellek betanításánál, ahol rendkívül gyors szinkronizációra van szükség, ez akár végzetes hátrányt is jelenthet. A földi adatközpontokban az ilyen szerverek néhány méterre helyezkednek el egymástól. Az űrben azonban ezek akár kilométerekre is lehetnek egymástól. A nagyobb távolság nagyobb késleltetést jelent, és ezek a plusz mikroszekundumok számítanak. Más MI feladatok, például a következtetés, sokkal kevésbé érzékenyek erre, ezért könnyebben alkalmazkodhatnak egy műholdrendszerhez. A döntő kérdés az, hogy az adott számítási feladat mennyire bontható kisebb részekre, és ezek elférnek-e egyetlen műhold számítási kapacitásán belül. Minél több együttműködésre van szükség a műholdak között, annál nagyobb problémát jelent a késleltetés.
A cikk eddig csak a műholdak közötti késleltetésről szólt, nem pedig a Föld és az űr közötti késleltetésről, amely azt határozza meg, milyen gyorsan jutnak el az adatok a Földről a műholdakra. Nagy mennyiségű kötegelt feldolgozás esetén a műholdak helyi adattárolással előre felkészülhetnek a munkára, hasonlóan a földi nagy teljesítményű számítógépekhez. Interaktív alkalmazásoknál vagy folyamatos adatfolyamok esetében azonban ez sokkal nagyobb problémát jelentene. Például egy felhőalapú játékstreaming szolgáltatást aligha lenne célszerű orbitális adatközpontokra építeni. A válasz tehát az, hogy minden az adott feladattól függ. A késleltetés valóban probléma, de nem minden számítási feladatnál ugyanolyan mértékben. Bizonyos alkalmazások számára komoly akadály lehet, mások számára viszont nem jelent kizáró okot.
Az, hogy egy ilyen műholdrendszer valóban működőképes lesz-e, számos rendkívül merész feltételezésen múlik, amelyeket csak a következő években lehet majd ellenőrizni, amikor a SpaceX megkezdi az első AI1 műholdak felbocsátását. Nincsenek alapvető fizikai akadályai annak, hogy adatközpontok működjenek az űrben. Vannak viszont rendkívül komoly műszaki problémák. Példátlan teherbírású, teljesen újrafelhasználható és rendkívül gyors indítási rendszerre van szükség. Az emberiség történetének legnagyobb műholdjait kell legyártani, ráadásul százszor annyit, mint amennyit valaha egyetlen műholdrendszer számára építettek. Abban is bízni kell, hogy a sugárzás hatása a chipekre kezelhető marad, és hogy a hősugárzásos hűtés valóban működik ekkora méretekben. És természetesen szükség lesz néhány billió dollárra is.