Zusammenfassung:
Google treibt einen Plan für ein Weltraum-Rechenzentrum namens „Suncatcher“ voran und startete am 1. Oktober seinen ersten experimentellen Satelliten, um Schlüsseltechnologien des Projekts zu verifizieren. Googles eigene Untersuchungen brachten jedoch auch ein sehr reales Problem zutage: Wenn in Zukunft wirklich ein großes KI-Rechenzentrum im Orbit gebaut werden soll, reichen die aktuellen Raketenfähigkeiten von SpaceX allein bei weitem nicht aus. Die Kosten für den Eintritt in die Umlaufbahn müssen auf etwa 200 US-Dollar pro Kilogramm gesenkt werden, und um dieses Ziel nach und nach zu erreichen, könnten etwa 1.800 Raumschiffstarts erforderlich sein.
Der experimentelle Satellit wurde von Planet Labs hergestellt und mit der Tensor Processing Unit (TPU) ausgestattet, die unabhängig von Google entwickelt wurde. Dies ist das erste Mal, dass Google einen eigenen KI-spezifischen Prozessor für tatsächliche Betriebstests ins All schickt. Der Satellit wird überprüfen, ob die TPU lange Zeit in der Orbitalumgebung funktionieren kann, einschließlich wichtiger Fragen wie Stromversorgung, Wärmeableitung und Betrieb von KI-Modellen in der Weltraumumgebung.
Dieser experimentelle Satellit kann als Technologieverifizierungsplattform für das Google Suncatcher-Projekt betrachtet werden. Sein Umfang ist noch sehr begrenzt. Es enthält nur eine geringe Anzahl an TPUs und verfügt nicht über die Rechenleistung eines echten Rechenzentrums. Google hofft, durch diese Mission eine der grundlegendsten Fragen zu bestätigen: ob KI-Rechenchips in einer Orbitalumgebung zuverlässig funktionieren können.
Wenn die Antwort „Ja“ lautet, wird Google in Zukunft weiterhin versuchen, eine große Anzahl von Computersatelliten zu einem umlaufenden Computercluster zu formen, Sonnenenergie zum Antrieb von KI-Prozessoren zu nutzen und Hochgeschwindigkeitskommunikationsverbindungen zwischen Satelliten zu nutzen, um eine Computerinfrastruktur ähnlich einem Rechenzentrum zu bilden.
Der Grund, warum Google erwägt, sein KI-Rechenzentrum im Weltraum zu verlegen, hängt mit den immer schwerwiegenderen Energieproblemen in Bodenrechenzentren zusammen. Große KI-Rechenzentren verbrauchen viel Strom, und da der Umfang der KI-Modelle immer weiter zunimmt, wächst der Bedarf an Rechenleistung immer noch rasant. Bodenrechenzentren müssen nicht nur eine große Anzahl von Stromerzeugungs- und -übertragungsanlagen bauen, sondern auch Probleme wie Land, Kühlung und Stromnetzkapazität lösen.
Im Gegensatz dazu kann die Umlaufbahn relativ stabile Sonnenenergie erhalten, und Satelliten müssen kein Land besetzen. Die Forschung von Google geht davon aus, dass Weltraum-Solarenergie unter bestimmten Bedingungen eine potenzielle Energiequelle für KI-Computing werden kann.
Das Problem besteht jedoch darin, dass die Kosten für die Entsendung von Rechenzentren in den Weltraum immer noch sehr hoch sind.
Das von Google veröffentlichte technische Papier zu Suncatcher schätzt, dass wir eine neue Generation von Trägerraketen benötigen, um eine Wiederverwendung in großem Maßstab zu erreichen und die Startfrequenz deutlich zu erhöhen, wenn wir hoffen, die Transportkosten von Orbital-Rechenzentren auf etwa 200 US-Dollar pro Kilogramm zu senken. Nach dem Modell von Google wären allein rund 370.000 Tonnen zusätzliche Nutzlast nötig, um die zur Erreichung dieses Kostenziels erforderliche Gesamtmasse in die Umlaufbahn zu bringen.
Wenn man davon ausgeht, dass jedes Raumschiff etwa 200 Tonnen Nutzlast in die Umlaufbahn transportieren kann, entspricht dies etwa 1.800 Raumschiffstarts.
Das bedeutet nicht, dass Google 1.800 Raumschiffe starten muss, bevor es sein erstes Weltraum-Rechenzentrum in Betrieb nehmen kann, sondern es handelt sich um eine Berechnung, anhand derer das Ausmaß der gesamten Branche und die Transportkosten in der Zukunft gemessen werden. Die Forschung von Google geht davon aus, dass die gesamte Luft- und Raumfahrtindustrie, wenn sie hofft, die Kosten für die Umlaufbahn auf etwa 200 US-Dollar/kg zu senken und Transportkapazitäten zu schaffen, die ausreichen, um große Weltraumdatenzentren zu unterstützen, einen kumulativen Startumfang in dieser Größenordnung erreichen muss.
Nach diesem Modell werden in Zukunft durchschnittlich etwa 180 Raumschiffstarts pro Jahr nötig sein, um die entsprechende Transportgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Google geht davon aus, dass diese Startfrequenz zwar sehr hoch ist, aber theoretisch die langfristigen Entwicklungsziele von SpaceX für Raumschiffe nicht überschreitet.
SpaceX hat in den letzten Jahren damit begonnen, Raumschiffe als Kernfahrzeug für die künftige groß angelegte Weltrauminfrastruktur zu positionieren. Das Unternehmen geht davon aus, dass jedes Jahr Millionen Tonnen Ausrüstung in den Weltraum transportiert werden können, wenn das Raumschiff vollständig wiederverwendet werden kann und schließlich einmal pro Stunde starten und jeweils etwa 200 Tonnen Nutzlast in die Umlaufbahn befördern kann.
SpaceX hat sogar eine radikalere Idee vorgeschlagen, die darin besteht, eine orbitale KI-Recheninfrastruktur durch groß angelegte Starts aufzubauen. Wenn jede Tonne umlaufender Satelliten etwa 100 Kilowatt Rechenleistung bereitstellen kann, könnte nach Schätzungen von SpaceX der jährliche Einsatz von 1 Million Tonnen Ausrüstung im Weltraum etwa 100 GW KI-Rechenleistung hinzufügen.
Allerdings besteht immer noch eine große Lücke zwischen diesen Zielen von SpaceX und seinen aktuellen tatsächlichen Fähigkeiten. Obwohl das Starship viele Testflüge durchgeführt hat, müssen seine vollständige Wiederverwendbarkeit, seine stabilen kommerziellen Startfähigkeiten und seine Hochfrequenzstartfähigkeiten noch weiter überprüft werden.
Google selbst hat dieses Problem nicht ignoriert. Das Wirtschaftsmodell des Suncatcher-Projekts beruht tatsächlich stark auf der Fähigkeit wiederverwendbarer Raketen der nächsten Generation, den Preis für die Umlaufbahn deutlich zu senken.
Die aktuellen Orbitkosten herkömmlicher kommerzieller Raketen sind immer noch viel höher als das, was Google benötigt. Frühere Untersuchungen von Google schätzten, dass die Startkosten von derzeit Tausenden Dollar pro Kilogramm deutlich auf einige Hundert Dollar oder sogar weniger sinken müssen, wenn orbitale Rechenzentren wirtschaftlich mit terrestrischen Rechenzentren konkurrieren sollen.
Googles Forschung gibt sogar ein klareres langfristiges Ziel vor: Wenn bis etwa 2035 die Kosten für den Eintritt in die Umlaufbahn durch eine neue Generation von Trägerraketen auf weniger als 200 US-Dollar pro Kilogramm gesenkt werden, dann könnten Weltraumdatenzentren tatsächlich über die wirtschaftliche Grundlage für eine groß angelegte Expansion verfügen.
Zusätzlich zu den Raketenkosten haben Weltraumdatenzentren ein weiteres Problem, das leicht übersehen wird: die Herstellungskosten des Satelliten selbst.
Selbst wenn die Kosten für den Transport von Computerchips in die Umlaufbahn sinken, wird es immer noch schwierig sein, das Gesamtgeschäftsmodell zu etablieren, wenn die Satelliten, die diese Chips transportieren, selbst immer noch sehr teuer sind. Weltraumrechenzentren erfordern eine große Anzahl an Solarpaneelen, Kühlgeräten, Kommunikationsgeräten, Rechenmodulen und strahlungsbeständiger Hardware, und die Herstellungskosten dieser Geräte müssen weiter gesenkt werden.
Vor allem die Wärmeableitung stellt ein besonderes Problem dar. Bodenrechenzentren können Luft, Wasserkühlungssysteme oder andere Flüssigkeitskühlungstechnologien zur Wärmeabfuhr nutzen, Vakuumumgebungen können die Wärme jedoch nicht durch Luftkonvektion abführen. Orbitale Rechenzentren müssen hauptsächlich auf Strahlung zurückgreifen, um Wärme in den Weltraum abzugeben. Daher muss eine großflächige Wärmeableitungsstruktur entworfen werden.
Andererseits wird die kosmische Strahlung in der Weltraumumgebung auch KI-Chips beeinträchtigen. Ein wichtiger Zweck von Googles Experiment besteht darin, zu beobachten, ob TPU in einer realen Umlaufbahnumgebung durch Strahlung beeinträchtigt wird und ob das System Fehler erkennen und beheben kann.
Kommunikation ist auch der Schlüssel zum Erfolg orbitaler Datenzentren. Eine große Anzahl von Computersatelliten muss über Hochgeschwindigkeitsverbindungen verbunden sein, andernfalls ist es unmöglich, einheitliche Computerressourcen ähnlich wie bodengestützte KI-Cluster zu bilden. Google muss daher das Problem des schnellen Datenaustauschs zwischen Satelliten und der Datenübertragung zwischen Satelliten und der Erde lösen.
Google plant derzeit, Solarenergie zum Antrieb dieser orbitalen Computergeräte zu nutzen und Kommunikationsverbindungen zwischen Satelliten zu nutzen, um ein großes Computernetzwerk zu bilden. Da Solarenergie eine relativ stabile Versorgung im Orbit gewährleisten kann, kann diese Lösung theoretisch das Problem vermeiden, dass bodengestützte Rechenzentren die Netzkapazität ständig erhöhen.
Aber zum jetzigen Zeitpunkt ist Googles Suncatcher noch ein frühes experimentelles Projekt. Der dieses Mal gestartete Satellit soll nur überprüfen, „ob TPU im Weltraum funktionieren kann“, und bis zur tatsächlichen Einrichtung eines KI-Rechenzentrums, das aus Hunderten oder sogar Tausenden von Satelliten besteht, ist es noch ein weiter Weg.
Gleichzeitig ist Google nicht das einzige Unternehmen, das orbitale Rechenzentren erforscht. SpaceX hat öffentlich über den Einsatz großer KI-Rechnersatelliten im Orbit diskutiert, Start-ups wie Starcloud prüfen ebenfalls ähnliche Lösungen und andere Technologie- und Luft- und Raumfahrtunternehmen haben ebenfalls Interesse daran gezeigt, Weltraumsolarenergie zum Betrieb von KI-Rechneranlagen zu nutzen.
Die größte Meinungsverschiedenheit in diesem Bereich betrifft derzeit die Kosten. Befürworter argumentieren, dass der Bedarf von KI-Rechenzentren an Strom und Land weiter wächst und die terrestrische Infrastruktur letztendlich immer teurer werden könnte, während Fortschritte bei wiederverwendbaren Raketen, der Massenfertigung von Satelliten und der Solarenergie das Potenzial haben, weltraumgestütztes Computing in Zukunft wirtschaftlich wettbewerbsfähig zu machen.
Aber eine andere Ansicht ist, dass Orbital-Rechenzentren auch zusätzliche Kosten wie Satellitenherstellung, Raketenstarts, Weltraumkühlung, Strahlenschutz und Kommunikation tragen müssen. Selbst wenn Raumschiffe in großem Maßstab erfolgreich wiederverwendet werden, kann daher nicht einfach davon ausgegangen werden, dass Weltraumdatenzentren notwendigerweise billiger sind als Bodendatenzentren.
Googles eigene Untersuchungen kommen derzeit nicht zu dem Schluss, dass „Weltraumdatenzentren bald Bodendatenzentren ersetzen werden“. Im Gegenteil, die Zahl von 1.800 Raumschiffstarts zeigt nur, dass die Kosten und Startkapazitäten der gesamten Raumtransportindustrie enorme Änderungen erfordern, damit Orbital Computing tatsächlich das Niveau einer groß angelegten Kommerzialisierung erreicht.
Der Start des Prototyp-Satelliten Suncatcher ist daher eher der erste Schritt des gesamten Plans. Google muss zunächst beweisen, dass TPU lange Zeit im Weltraum betrieben werden kann, dann technische Probleme wie Wärmeableitung, Kommunikation und Strahlung lösen und schließlich die experimentelle Orbital-Computing-Plattform durch groß angelegte Satellitenfertigung und kostengünstigen Hochfrequenzstart zu einem echten Rechenzentrum ausbauen.
Wenn eine neue Generation wiederverwendbarer Hochleistungsraketen wie künftige Raumschiffe tatsächlich die im Google-Modell vorgesehenen Startkosten und -häufigkeiten erreichen kann, dann sind 1.800 Starts keine Aufgabe, die auf einmal erledigt werden muss, sondern können zu einer Transportkapazität werden, die im Zuge des Aufbaus einer neuen Weltrauminfrastruktur nach und nach angesammelt wird. Für Suncatcher, das sich noch im Experimentierstadium befindet, ist der Erfolg oder Misserfolg des Projekts wirklich davon abhängig, ob diese Zahlen von einem Wirtschaftsmodell auf dem Papier in echte technische Fähigkeiten umgewandelt werden können.
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