Ehemaliger NASA-Ingenieur: Ein Weltraumdatenzentrum aufzubauen, ist die schlechteste Idee, die ich je gehört habe.

Ein ehemaliger NASA-Ingenieur und Google-Cloud-Experte erklärt, warum es völlig unrealistisch ist, Datenzentren im Weltraum zu errichten, da es in allen Aspekten, von der Energieversorgung über die Wärmeableitung bis hin zur Strahlungsresistenz, mit Herausforderungen behaftet ist. Dieser Artikel basiert auf einem von Taranis verfassten Beitrag, der von Dongqu übersichtlich bearbeitet, übersetzt und verfasst wurde. (Vorgeschichte: Dieser Mann möchte Bitcoin Mining Rigs ins All schicken: Unendliche Sonnenenergie + keine Kühlkosten sind das Paradies für BTC Mining.) (Hintergrundinformation: Der Plan Chinas, ein solarbetriebenes Weltraumkraftwerk zu bauen, wird die Menschheit in die Energieunabhängigkeit führen?) Um klarzustellen, ich bin ein ehemaliger NASA-Ingenieur/Wissenschaftler mit einem Doktortitel in Raumfahrtelektronik. Ich habe auch 10 Jahre bei Google gearbeitet und in verschiedenen Abteilungen des Unternehmens, einschließlich YouTube und der Cloud-Abteilung, die für die Bereitstellung von KI-Berechnungsressourcen zuständig ist. Daher bin ich sehr qualifiziert, zu diesem Thema Stellung zu nehmen. Kurz gesagt: Das ist definitiv eine schlechte Idee, es macht wirklich überhaupt keinen Sinn. Es gibt viele Gründe dafür, aber zusammengefasst heißt es, dass die elektronische Ausrüstung, die für den Betrieb von Datenzentren erforderlich ist, insbesondere Datenzentren, die KI-Berechnungsressourcen in Form von GPUs und TPUs bereitstellen, absolut nicht für den Betrieb im Weltraum geeignet ist. Wenn du in diesem Bereich noch nie gearbeitet hast, möchte ich dich daran erinnern, nicht intuitiv anzunehmen, denn die Realität, dass Weltraumhardware im Weltraum tatsächlich funktioniert, ist nicht unbedingt offensichtlich. Energie Der Hauptgrund, warum die Leute das tun wollen, scheint zu sein, dass es im Weltraum reichlich Energie gibt. Das ist nicht der Fall. Im Grunde hast du nur zwei Optionen: Solarenergie und Kernenergie. Solarenergie bedeutet, dass du ein Array von Solarpanels mit Photovoltaikzellen installierst - im Grunde genommen vergleichbar mit dem Equipment auf meinem Dach in Irland, nur im Weltraum. Es kann funktionieren, aber es ist nicht magisch besser als die Installation von Solarpanels auf der Erde - der Energieverlust durch die Atmosphäre ist nicht so groß, also ist die Intuition über die erforderliche Fläche im Großen und Ganzen richtig. Das größte Solarpanel-Array, das jemals im Weltraum installiert wurde, ist das System der Internationalen Raumstation (ISS), das zu Spitzenzeiten etwas mehr als 200 kW Strom liefern kann. Es ist wichtig zu erwähnen, dass die Installation dieses Systems mehrere Space Shuttle-Flüge und eine Menge Arbeit erforderte - es hat eine Fläche von etwa 2.500 Quadratmetern, was mehr als der Hälfte eines amerikanischen Footballfeldes entspricht. Basierend auf der NVIDIA H200 benötigt jede GPU-Einheit etwa 0,7 kW pro Chip. Diese können nicht unabhängig betrieben werden und die Energieumwandlung ist nicht 100 % effizient, also könnte 1 kW pro GPU eine bessere Benchmark sein. Daher könnte ein riesiges Array in der Größe der ISS etwa 200 GPUs mit Strom versorgen. Das klingt viel, aber lassen wir uns etwas Perspektive bewahren: Das Datenzentrum, das OpenAI derzeit in Norwegen bauen möchte, plant, 100.000 GPUs unterzubringen, von denen jede wahrscheinlich mehr Strom verbraucht als die H200. Um diese Kapazität zu erreichen, müsstest du 500 Satelliten in der Größe der ISS ins All schießen. Im Vergleich dazu würde ein einzelnes Server-Rack (wie es von NVIDIA vorkonfiguriert verkauft wird) 72 GPUs aufnehmen, sodass jeder riesige Satellit nur etwa drei Racks entspricht. Kernenergie hilft auch nicht weiter. Hier sprechen wir nicht von einem Kernreaktor - wir sprechen von radioisotopischen thermoelektrischen Generatoren (RTGs), deren typische Leistungsausgabe etwa 50W - 150W beträgt. Das reicht also nicht einmal aus, um eine einzelne GPU zu betreiben, selbst wenn du jemanden überzeugen könntest, dir etwas subkritisches Plutonium zu geben und die Tatsache ignorierst, dass du Hunderte von Chancen hast, es in einem weitläufigen Bereich zu verteilen, während das Trägersystem explosiv selbstzerstört. Wärmeableitung ISS Advanced Thermal Control System (Boeing) Ich habe viele Kommentare zu diesem Konzept gesehen, die sagen: “Nun, der Weltraum ist kalt, also wird die Kühlung einfach sein, oder?” Ähm… nein, wirklich nicht. Kühlung auf der Erde ist relativ einfach. Luftkonvektion funktioniert gut - lass Luft über eine Oberfläche strömen, insbesondere über Kühlkörper, die mit einem großen Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis entworfen sind, um Wärme effektiv von den Kühlkörpern an die Luft abzugeben. Wenn du eine höhere Leistungsdichte benötigst als bei der direkten Kühlung (und Hochleistungs-GPUs gehören definitiv dazu), kannst du Flüssigkeitskühlung verwenden, um Wärme von den Chips an größere Kühlkörper/Ableiter zu übertragen. In Datenzentren auf der Erde sind normalerweise Kühlzyklen eingerichtet, bei denen die Maschinen durch Kühlmittel (normalerweise Wasser) gekühlt werden, das um die Racks gepumpt wird, um Wärme abzuleiten und das Kühlmittel zurück in den Kreislauf zu bringen. Normalerweise wird das Kühlmittel durch Konvektion an die Luft gekühlt, also ist das auf jeden Fall die Funktionsweise auf der Erde. Im Weltraum gibt es keine Luft. Die Umgebung ist nahezu ein Vakuum, es gibt keinen praktischen Unterschied, also findet Konvektion überhaupt nicht statt. In der Raumfahrttechnik betrachten wir normalerweise Wärmemanagement und nicht nur Kühlung. Die Tatsache ist, dass der Weltraum selbst keine Temperatur hat. Nur Materie hat Temperatur. Das mag dich überraschen, aber im Erde-Mond-System hat fast alles eine durchschnittliche Temperatur, die im Grunde genommen der durchschnittlichen Temperatur der Erde entspricht, weil das der Grund ist, warum die Erde diese bestimmte Temperatur hat. Wenn ein Satellit rotiert, ähnlich wie ein Hähnchen auf einem Grill, tendiert er dazu, eine konsistente Temperatur zu halten, die ungefähr der der Erdoberfläche entspricht. Wenn er nicht rotiert, wird die Seite, die von der Sonne abgewandt ist, allmählich kalt, in der Nähe von 4 Kelvin, nur etwas über dem absoluten Nullpunkt, begrenzt durch die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung. Auf der Sonnenseite kann es ziemlich heiß werden, mit Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius. Daher erfordert das Wärmemanagement eine sehr sorgfältige Gestaltung, um sicherzustellen, dass Wärme sorgfältig dorthin geleitet wird, wo sie hin muss. Da es im Vakuum keine Konvektion gibt, kann dies nur durch Leitung oder eine Art Wärmepumpe erreicht werden. Ich habe Hardware für den Weltraum entworfen, die im Weltraum fliegen soll. In einem bestimmten Fall habe ich ein Kamerasystem entworfen, das sehr kompakt und leicht sein musste, während es dennoch wissenschaftliche Bildgebungsfähigkeiten bieten sollte. Wärmemanagement war der Kern des Designprozesses. Das musste so sein, denn bei kleinen Raumfahrzeugen ist Energie knapp, und das Wärmemanagement muss bei minimalem Gewicht erreicht werden. Also gab es für mich keine Wärmepumpe oder ausgefallene Sachen: Ich habe einen anderen Ansatz gewählt und ein System entworfen, das in Spitzenzeiten etwa 1 Watt verbraucht und im Leerlauf auf etwa 10 % sinkt. All diese Energie wird in Wärme umgewandelt, also wenn ich nur 1 Watt verbrauche, während ich Bilder erfasse, und dann den Bildsensor sofort ausschalte, nachdem die Daten in den RAM eingegangen sind, kann ich den Stromverbrauch halbieren und dann, nachdem die Bilder auf den Flugcomputer heruntergeladen wurden, kann ich den RAM abschalten und die Leistung auf ein relativ geringes Niveau senken. Das einzige erforderliche Wärmemanagement bestand darin, die Kanten der Leiterplatte mit Schrauben am Rack zu befestigen, sodass die Kupferschichten innerhalb der Leiterplatte jede erzeugte Wärme abgeben konnten. Kühlung selbst für eine einzige H200 wird ein absolutes Albtraum sein. Offensichtlich funktionieren Kühlkörper und Ventilatoren überhaupt nicht, aber es gibt eine flüssigkeitsgekühlte Version der H200. Angenommen, diese Version wurde verwendet. Diese Wärme muss an einen Wärmeableiter weitergeleitet werden - das ist nicht wie der Kühler in deinem Auto, erinnere dich daran, dass es keine Konvektion gibt? - es muss Wärme in den Weltraum abstrahlen. Angenommen, wir könnten es in eine Richtung zeigen, die von der Sonne wegführt. Das aktive Wärmemanagementsystem (ATCS) auf der ISS ist ein Beispiel für ein solches Wärmesteuerungssystem. Es ist ein sehr komplexes System, das Ammoniak-Kühlmittelkreisläufe und große Wärmeabstrahlungsplatten verwendet. Seine Wärmeabgabegrenze liegt bei 16 kW, also etwa 16 H200 GPUs, etwas mehr als ein Viertel eines Rack auf der Erde. Das System der Wärmeabstrahlungsplatten hat eine Größe von 13,6 m x 3,12 m, also etwa 42,5 Quadratmeter. Wenn wir 200 kW als Basis nehmen und annehmen, dass all diese Energie GPUs zugeführt werden soll, benötigen wir ein System, das 12,5-mal so groß ist, also etwa 531 …