Zusammenfassung:
Google kommt bald in den Himmel. Pichai gab in einem langen Beitrag bekannt, dass der erste In-Orbit-Test des Suncatcher-Projekts am 1. Oktober starten wird, mit einer Rechenleistung, die in etwa der eines Servers am Boden entspricht.
Bereits im November letzten Jahres hatte Google das Suncatcher-Projekt bekannt gegeben.
Es wird als Googles „Langzeitforschung“ definiert, mit dem Ziel zu erforschen, wie man Rechenleistung für den groß angelegten Betrieb in den Weltraum bringen kann. Damals gab Google bekannt, dass man mit dem Satellitenunternehmen Planet kooperiert und plant, Anfang 2027 zwei Prototyp-Satelliten zu starten, um diese Idee zu überprüfen und zu prüfen, ob die Satelliten mithilfe von Lasern miteinander kommunizieren können.
Man sagt, dass das Ende der Rechenleistung Energie ist. Wenn es im Weltraum platziert wird, kann es nicht nur über einen längeren Zeitraum stärkere Sonnenenergie empfangen, sondern es muss auch kein Rechenzentrum für den Server gebaut werden.
All dies ist jedoch nur ein Schein. Hinter Suncatcher gibt es tatsächlich eine Schnittstelle zwischen der ultimativen romantischen Fantasie, die Google bei seiner Gründung hegte, und der aktuellen Geschäftsrealität, die auf KI basiert.
Was ist das für ein Projekt?
Um genau zu sein, was Google dieses Mal in den Himmel schickte, war ein Satellit mit dem Codenamen MVP (Minimum Viable Product, Minimum Viable Product). Es nahm an der Transporter-18-Mission von SpaceX teil und wurde von einer Falcon 9-Rakete von der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien gestartet. Es gelangte in eine erdnahe Umlaufbahn, die fast immer von Sonnenlicht beleuchtet wird.
Der Satellit hat etwa die Größe eines Kühlschranks und die Satellitenplattform wird von Planet Labs bereitgestellt, einem Unternehmen für Satellitenbildgebung in San Francisco.
Der Satellit ist mit vier von Google entwickelten TPUs ausgestattet und die kombinierte Rechenleistung entspricht in etwa der eines Servers in einem Rechenzentrum am Boden.
Angetrieben durch Solarpaneele beträgt die Leistung etwa 1 Kilowatt, was fast für eine Mikrowelle oder einen Haartrockner ausreicht. Googles Plan sieht vor, dass Suncatcher etwa ein Jahr lang laufen wird. Der Satellit selbst kann bis zu sechs Jahre im Orbit bleiben, bevor er wieder in die Atmosphäre eintritt und verglüht.
Pichai sagte, dass diese Mission hauptsächlich darin besteht, die Leistung und Wärmeableitung der Hardware zu testen, um herauszufinden, ob das TPU den drei Hauptbarrieren Emission, Strahlung und Wärmeableitung standhalten kann.
Die Umlaufbahn ist ebenfalls entscheidend.
MVP trat in eine „sonnensynchrone Morgendämmerungs-Umlaufbahn“ (Dawn-Dusk SSO) ein. Dadurch kann der Satellit immer nahe an der Dämmerungslinie der Erde fliegen und fast immer vom Sonnenlicht beleuchtet werden.
Am Boden sind Sonnenkollektoren durch die Lichtintensität, Tag und Nacht, bewölkte und regnerische Tage, begrenzt. Aber im Weltraum ist es anders. Die Strahlung der Sonnenenergie ist stärker. Der Strom, den das gleiche Panel abgeben kann, kann bis zu achtmal so groß sein wie der Strom aus dem Boden und es kann eine nahezu kontinuierliche Stromversorgung gewährleisten.
Google plant, 81 Satelliten zu einem Array mit einem Radius von etwa 1 Kilometer und einer durchschnittlichen Umlaufhöhe von etwa 650 Kilometern zu nutzen und sie dann mithilfe von Laser-Intersatellitenverbindungen (optische Freiraumkommunikation) zu einem Rechencluster zusammenzuführen.
Obwohl im Orbit viel Platz ist, müssen diese Satelliten dennoch „zusammengequetscht“ werden. Denn damit die Rechenleistung im Weltraum mit der Rechenleistung am Boden mithalten kann, muss die Kommunikation zwischen den Satelliten schnell und stabil sein.
Derzeit liegt die Geschwindigkeit von Laserverbindungen zwischen Satelliten meist zwischen 1 und 100 Gigabit pro Sekunde und sie sind für „große Entfernungen und geringe Bandbreite“ ausgelegt.
Aber vergessen Sie nicht, dass der Hauptzweck von Google darin besteht, KI zu trainieren. Daher erfordert dieses Array „extrem kurze Entfernungen und extrem hohe Bandbreite“.
Gemäß den Vorhersagen von Google muss eine einzelne Verbindung eine Gesamtbandbreite von 10 Terabit pro Sekunde erreichen, um verteiltes Training durchzuführen. Mit zunehmender Entfernung sinkt die benötigte optische Empfangsleistung deutlich.
Die Genauigkeit entspricht fast der Genauigkeit zweier Hochgeschwindigkeitssatelliten, die auf das mehrere Meilen entfernte münzgroße Ziel des jeweils anderen gerichtet sind.
Wie bereits erwähnt, müssen Google-Ingenieure drei Hürden überwinden, um KI-Chips ins All zu schicken.
Die erste Ebene ist der Start selbst. Es dauert etwa 10 Minuten, bis die Rakete in den Himmel fliegt. Der Satellit wird einer kontinuierlichen Beschleunigung unterliegen. Manche Bauteile können augenblicklich der 50- bis 100-fachen Erdbeschleunigung standhalten und müssen zudem starke Vibrationen überstehen.
Vor dem Start testete das Team den Satelliten in drei Achsen, um die Vibrationsfrequenz der Rakete zu simulieren.
Die zweite Ebene ist Strahlung.
Kosmische Strahlung und Sonnenaktivität im Weltraum können zu „Bit-Flips“ in elektronischen Bauteilen führen. Dies bedeutet, dass sich bei einer einzelnen Teilchenkollision ein Bit von 0 auf 1 ändern kann, was zu Berechnungsfehlern führt.
Um die Strahlung zu bekämpfen, hat Google das TPU in den Beschleuniger der University of California in Davis eingebaut, es mit einem 67-MeV-Protonenstrahl bombardiert und es KI-Aufgaben ausführen lassen.
Vorläufige Ergebnisse zeigen, dass der Chip einer Strahlendosis standgehalten hat, die einer Mission von mehr als fünf Jahren entspricht.
Es gibt jedoch immer noch einige nicht korrigierbare Fehler im Videospeicher. Google sagte, dass diese Fehlerquote „wahrscheinlich akzeptabel für Rückschlüsse“ sei. Was die Auswirkungen auf die Ausbildung betrifft, sind weitere Untersuchungen erforderlich.
Die dritte Ebene ist die Wärmeableitung.
Der Weltraum ist ein Vakuum, es gibt keine Luftkonvektion, Ventilatoren sind völlig nutzlos und KI-Chips erzeugen große Hitze.
Googles Plan besteht daher darin, den Chip über eine Schicht aus verformbarem „Wärmeschnittstellenmaterial“ mit einem Wärmerohr aus Aluminium und Kupfer zu verbinden und die Wärme dann in einen Kühlkörper zu leiten, um sie in den Weltraum abzustrahlen.
Das Problem besteht darin, dass der Kühlkörper nur über begrenzte Fähigkeiten verfügt. Daher konnte die TPU in diesem Test nur zeitweise laufen, jeweils etwa 15 Minuten lang, und musste nach dem Betrieb abschalten, um darauf zu warten, dass der Kühlkörper die Wärme abführt.
Google wird das Gemini-Modell zu Testzwecken auf diesem Satelliten ausführen, aber es wird nicht in der Lage sein, es kontinuierlich zum Laufen zu bringen.
Das Projekt wird von Travis Beals geleitet, einem leitenden Direktor bei Google, dessen Abteilung „Paradigms of Intelligence“ heißt.
Pichai betonte, dass dies ein Sprungbrett zum „Orbital-Datenzentrum“ und keine Produkteinführung sei.
Im Jahr 2027 plant Google außerdem den Start von zwei weiteren Prototyp-Satelliten, um speziell Laser-Intersatellitenverbindungen zu überprüfen.
Was den Zeitpunkt betrifft, an dem sich Suncatcher von einem „Projekt“ zu einem „Produkt“ entwickeln wird, sagte Pichai, dass es noch viele Jahre warten müsse.
Was ist die Motivation für das Ganze?
Es ist kein Geheimnis, wie leistungshungrig das Training und das Laufen großer Modelle ist.
Im Jahr 2026 werden alle Hersteller von Hyperscale-Rechenzentren weltweit nach Strom suchen. Von den Rechenzentrumskorridoren von Virginia, USA, bis nach Irland. Es gibt fast den gesamten Strom, der vor Ort genutzt werden kann.
Die Idee von Google ist, dass es besser ist, nach Möglichkeiten im Weltraum zu suchen, anstatt am Boden um Strom, Land und Wasser zu konkurrieren.
Außer der Solarenergie selbst gibt es im Weltraum keine Bewohner, kein Ackerland und keinen gemeinschaftlichen Widerstand. Außerdem entfällt der Aufwand, ein Rechenzentrum für Server zu bauen, diese an das Stromnetz anzuschließen und Wasser für die Kühlung zu verbrauchen.
Google gab in dem Papier an, dass die von der Sonne erzeugte Energie mehr als das 100-Milliarden-fache der gesamten von der Menschheit erzeugten Elektrizität beträgt.
Ein weiteres wichtiges Merkmal von Suncatcher ist seine Modularität.
In vielen Science-Fiction-Werken handelt es sich bei Weltraumforschungszentren normalerweise um „Megastrukturen“, die sehr groß und voller Computer sind.
Google hat diesen Ansatz jedoch nicht gewählt. Und diese „integrierte“ Lösung wurde in dem Beitrag ausdrücklich thematisiert. Die Schlussfolgerung ist, dass diese Struktur vor Ort von Menschen oder Robotern im Weltraum zusammengebaut werden muss. Die Kollisionsvermeidung ist problematischer und die strukturellen Festigkeitsanforderungen erhöhen auch das Gewicht und die Komplexität.
Google hat sich dafür entschieden, eine Reihe kleinerer Satelliten zu verwenden, die in einer sehr engen Formation fliegen.
Der Vorteil davon ist die Skalierbarkeit. Wenn Sie mehr Rechenleistung benötigen, senden Sie einfach ein paar weitere Satelliten. Theoretisch kann man sie wie Bauklötze unendlich stapeln, bis die gesamte morgendliche und abendliche Orbitalzone gefüllt ist.
Theoretisch macht es Sinn, aber es bedeutet nicht, dass es wirtschaftlich machbar ist.
Google hat einige Berechnungen durchgeführt und herausgefunden, dass die Kosten für den Transport eines Kilogramms Nutzlast in eine erdnahe Umlaufbahn etwa 1.500 bis 2.900 US-Dollar betragen. Dieser Preis ist jedoch nur eine Idee. Die konkrete Situation hängt von der jeweiligen Startnachfrage ab. Die tatsächlichen Kosten können nur höher sein.
Google sagte, dass die Kosten auf etwa 200 US-Dollar pro Kilogramm sinken müssten, damit Suncatcher tatsächlich funktioniert.
Warum 200 $?
Weil die Stromkosten für Rechenzentren in den Vereinigten Staaten etwa 570 bis 3.000 US-Dollar pro Kilowatt und Jahr betragen. Wenn die Startkosten auf 200 US-Dollar pro Kilogramm gesenkt werden können, können sie, wenn sie über die gesamte Lebensdauer des Satelliten verteilt werden und pro Kilowatt berechnet werden, in etwa den Energiekosten eines Bodendatenzentrums entsprechen.
Google sagte, dass das Erreichen des Ziels von 200 US-Dollar pro Kilogramm zwei Voraussetzungen erfordert: Das Raumschiff von SpaceX wird erfolgreich in Betrieb genommen und kann 180 Mal im Jahr gestartet werden.
Daher geht Google davon aus, dass dies frühestens im Jahr 2035 möglich sein wird.
Bis dahin könnten die Start- und Betriebskosten weltraumbasierter Rechenzentren, berechnet pro Kilowatt pro Jahr, den Energiekosten terrestrischer Rechenzentren gleicher Größe entsprechen.
Natürlich werden sich bis dahin auch die Stromkosten des Bodenrechenzentrums selbst ändern, die höher oder niedriger sein können.
Obwohl das Jahr 2035 weit von uns entfernt ist, hat der Wettlauf ins All bereits begonnen.
Musk hat schon lange gesagt, dass SpaceX ein Weltraum-Rechenzentrum „baut“. Nachdem Pichai einen Beitrag gepostet hatte, in dem er ankündigte, dass er der MVP sei, antwortete Musk ihm mit zwei Raketen-Emojis.
Musk sagte dann: „Die Gesamtmenge der Rechenleistung im Weltraum wird offensichtlich 100 % der gesamten Rechenleistung erreichen.“
Amazon-Gründer Bezos sagte etwas Ähnliches. Er sagte, dass es in 10 Jahren Rechenzentren im Gigawatt-Bereich im Weltraum geben wird. Der frühere Google-Chef Eric Schmidt hat das Raketenunternehmen Relativity Space übernommen und will ebenfalls Rechenzentren in den Himmel schicken.
Starcloud, ein Startup-Unternehmen, hat einen mit Nvidia H100 ausgestatteten Satelliten in die Umlaufbahn gebracht und angekündigt, eines Tages ein 5-Gigawatt-Weltraumrechenzentrum zu bauen, das sich über eine 4 Kilometer lange Solaranlage erstreckt.
Googles MoonShot
Wenn man Suncatcher nur aus geschäftlicher Sicht versteht, gibt es eigentlich nichts zu besprechen. Viel Geld ausgeben, um Chips ins All zu schicken, dient schließlich nur dazu, Strom zu sparen?
Weil das Geschäft nur die äußere Schicht ist. Die eigentliche Wurzel dieses Projekts ist eine Kultur namens „Moonshot“, die Google seit seiner Gründung etabliert hat.
Die Geschichte beginnt im Jahr 2005.
In diesem Jahr leitete Stanford-Professor Sebastian Thrun eine Gruppe von Studenten, um ein unbemanntes Fahrzeug namens Stanley zu bauen, und nahm an der Grand Challenge teil, die von der U.S. Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) organisiert wurde.
Für den Wettbewerb müssen autonome Fahrzeuge eine 132 Meilen lange Offroad-Strecke in Kalifornien zurücklegen.
Stanley beendete das gesamte Rennen, gewann die Meisterschaft und wurde in einem Kampf berühmt.
Unter den Zuschauern dieses Spiels befanden sich auch die Google-Gründer Larry Page und Sergey Brin, die sich angeblich verkleidet hatten.
Sie kommen nicht nur, um sich das Spiel anzusehen, sondern bereiten sich auch darauf vor, zum Spiel zu kommen, um Leute zu rekrutieren.
Im Jahr 2007 lud Page Thrun zu Google ein, mit nahezu unbegrenzten Ressourcen.
Tron hat uns nicht enttäuscht. Das fahrzeuginterne 360-Grad-Kamerasystem, das er in selbstfahrende Autos einbaute, wurde später zu Google Street View. Im Januar 2009 startete er das autonome Fahrprojekt Project Chauffeur. Dieses Projekt entwickelte sich schließlich zum heutigen selbstfahrenden Waymo.
Also gab ihm Page eine beispiellose Position – Googles ersten „Direktor für andere Angelegenheiten“. Spezialisieren Sie sich auf Dinge, die „Investoren nicht verstehen können, aber cool sind“.
Tron allein reicht nicht aus. Page verliebte sich auch in einen anderen Mann, Astro Teller.
Taylor hat einen Doktortitel in künstlicher Intelligenz von der Carnegie Mellon University. Bevor er zu Google kam, gründete er kontinuierlich sein eigenes Unternehmen, darunter das Wearable-Unternehmen BodyMedia und Cerebellum Capital, einen KI-Investmentfonds.
Page sagte einmal, dass ihm Taylors Lebenslauf gefiel, „verrückte Ideen in Geschäfte umzusetzen“, und rekrutierte ihn daher als „neuen Produktdirektor“.
Am 12. September 1962 hielt der damalige US-Präsident John F. Kennedy an der Rice University eine Rede: „Wir entscheiden uns, in diesem Jahrzehnt zum Mond zu fliegen“, das heißt, wir haben beschlossen, in 10 Jahren zum Mond zu fliegen. Im Jahr 1969 war es soweit und Apollo 11 startete tatsächlich.
Seitdem bedeutet das Wort „Moonshot“ im Englischen ein ehrgeiziges Ziel, das „offen, zeitlich begrenzt, technisch ungeheuerlich, aber durch die Mobilisierung von Ressourcen erreicht werden muss“.
Sowohl Page als auch Brin besuchten Montessori-Schulen. Page sagte einmal: „Wir haben alle Montessori-Schulen besucht. Ich denke, es ist die Art der Schulung, ‚Regeln und Befehlen nicht zu gehorchen, eigenverantwortlich zu sein, ständig Fragen über die Welt zu stellen und Dinge anders zu machen als andere‘, die uns ein wenig anders macht.“
Im Jahr 2010 entstand bei Google ein halbgeheimes Labor, nämlich Google
Taylor sagte, dass das Apollo-Projekt der spirituelle Prototyp von X sei und das Unmögliche möglich mache.
Er kam auch zu einer kontraintuitiven Regel: Es ist einfacher, Menschen dazu zu bringen, etwas zu tun, das zehnmal besser ist, als es nur 10 % der Zeit zu tun. Denn eine Verbesserung um 10 % bedeutet, dass Sie immer noch schlauer sind als alle anderen auf dem alten Weg; und ein 10-faches Ziel wird die Menschen dazu zwingen, ihren Weg völlig zu ändern.
Später änderte Google X direkt seinen Namen und wurde zu X, The Moonshot Factory. Aus diesem Grund wurde Taylor später als „Captain of Moonshots“ bezeichnet.
X unterscheidet sich von gewöhnlichen Unternehmensforschungsinstituten. Das Ordinary Research Institute ist damit beschäftigt, das Hauptgeschäft der Muttergesellschaft zu verbessern, während die Mission von X darin besteht, Probleme außerhalb des Kerngeschäfts von Google zu lösen. Es ist nicht notwendig, sich auf Umsatzziele oder die pünktliche Lieferung von Produkten zu verlassen.
Wenn ich jetzt auf Suncatcher zurückblicke, passt alles zusammen.
In seinem offiziellen Blog ordnete Google es klar neben seinen beiden „Vorgängern“ ein, nämlich dem Quantencomputing, das vor mehr als 10 Jahren begann, und dem autonomen Fahren vor 15 Jahren.
Suncatcher ist eine neue Ergänzung der Moonshot-Tradition von Google.
Wie seine Vorgänger sah es bei seiner ersten Geburt verrückt aus. Aber genau diese Kultur, „das Unmögliche zuerst auszuprobieren, unabhängig davon, ob es kosteneffektiv ist“, ist der Hauptgrund, warum Google es wagt, Server in den Himmel zu schicken.
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