شرکت گوگل در راستای ارزیابی زیرساخت‌های محاسباتی نسل آینده، پروتوتایپ ماهواره‌ای به اندازه یک یخچال را به مدار زمین اعزام کرد. این پروژه تحقیقاتی که با نام «پروژه سان‌کچر» (Project Suncatcher) شناخته می‌شود، زمینه‌ساز توسعه داتاسنترهای مداری هوش مصنوعی با بهره‌گیری مستقیم از انرژی خورشیدی خواهد بود. در این ماموریت، تراشه‌های اختصاصی پردازش هوش مصنوعی گوگل (TPU) برای نخستین‌بار شرایط سخت محیطی فضایی، پرتوهای کیهانی و نوسانات شدید حرارتی را در مدار زمین تحمل و ارزیابی خواهند کرد.
معماری سخت‌افزاری و جزئیات فنی آزمایش مداری
ماهواره آزمایشی پروژه سان‌کچر که در مهرماه ۱۴۰۳ (اکتبر ۲۰۲۴) توسط موکت فالکون شرکت اسپیس‌ایکس به مدار فرستاده شد، شامل چهار تراشه پردازش عصبی اختصاصی گوگل موسوم به Tensor Processing Unit (TPU) است. این تراشه‌ها که ساختار اصلی پردازش‌های یادگیری ماشین را در داتاسنترهای زمینی گوگل تشکیل می‌دهند، اکنون در بن‌سازه ساخت شرکت Planet قرار گرفته‌اند تا پایداری ساختاری و عملکردی آن‌ها زیر بار پردازشی بررسی شود.
طبق اظهارات تراویس بیلز (Travis Beals)، مدیر ارشد و سرپرست پروژه Suncatcher، این فاز از عملیات یک «تست بسیار مینیمال» برای اثبات قابلیت عملکرد پردازنده‌های TPU در محیط خلأ و تابش‌های کیهانی است. شرکت Planet مسئولیت راه‌اندازی و نگهداری ماهواره در مدار را بر عهده دارد و پس از تثبیت موقعیت، مهندسان گوگل فرآیند تست بار پردازشی تراشه‌ها را آغاز خواهند کرد. هدف‌گذاری اولیه این ماموریت، حفظ پایداری عملیاتی سیستم به مدت یک سال کامل در مدار است.
مشخصات فنی پروتوتایپ داتاسنتر فضایی گوگل
- نوع پردازنده‌ها: ۴ عدد تراشه اختصاصی Google TPU (بهینه‌سازی شده برای یادگیری عمیق)
- مدل هوش مصنوعی مستقر: نسخه بومی‌سازی شده از مدل متن‌باز Gemma
- محدودیت زمان اجرا در هر فاز: حداکثر ۱۵ دقیقه (به دلیل چالش‌های دفع حرارت)
- ناقل پرتاب: راکت شرکت SpaceX
- اپراتور پلتفرم ماهواره: شرکت Planet
- طول عمر عملیاتی هدف: ۱ سال شمسی (۱۴۰۳-۱۴۰۴)
چالش‌های مدیریت حرارتی و پرتوهای کیهانی در مدار
یکی از پیچیده‌ترین بخش‌های اجرای زیرساخت‌های پردازشی در فضا، عدم وجود هوای کافی برای خنک‌سازی convection (جابجایی) است. تراشه‌های TPU بار حرارتی بالایی تولید می‌کنند و در نبود اتمسفر، دفع گرما تنها از طریق تابش (Radiation) امکان‌پذیر است. به همین دلیل، در این پروتوتایپ، مدل هوش مصنوعی Gemma (مدل وزنی‌باز گوگل) تنها در بازه‌های زمانی ۱۵ دقیقه‌ای اجرا می‌شود تا از داغ شدن بیش از حد و آسیب به بورد پردازشی جلوگیری شود.
علاوه بر چالش حرارتی، پرتوهای یونیزه‌کننده کیهانی و ذرات پرانرژی خورشیدی می‌توانند موجب بروز خطا در حافظه (Bit-flips) یا سوختن دائمی ترانزیستورها شوند. گوگل در این پروژه سنجش خواهد کرد که آیا سخت‌افزارهای تجاری استاندارد (COTS) با معماری TPU بدون سپر دفاعی سنگین سنگین‌وزن قادر به دوام در برابر آسیب‌های پرتوهای کیهانی هستند یا خیر.
چرا داتاسنترهای مداری هوش مصنوعی؟
رشد نمایی مدل‌های بزرگ زبانی (LLM) و پردازش‌های سنگین هوش مصنوعی، داتاسنترهای زمینی را با دو چالش عمده مواجه کرده است: مصرف بی رویه انرژی الکتریکی و نیاز شدید به منابع آبی برای خنک‌سازی. استقرار داتاسنترها در مدار زمین امکان دسترسی تقریباً مداوم به انرژی خورشیدی بدون افت ناشی از اتمسفر و شب‌های زمینی را فراهم می‌کند. با توسعه تکنولوژی انتقال داده‌های لیزری بین‌ماهواره‌ای، پلتفرم‌های مداری می‌توانند حجم عظیمی از پردازش‌های پشتیبانی و پردازش داده‌های سنجش از دور را مستقیم در فضا انجام دهند.
جمع‌بندی و افق پیش‌رو
پروژه Suncatcher گوگل گامی اولیه اما بنیادین در انتقال زیرساخت‌های پردازش ابری به خارج از سیاره زمین است. اگرچه اجرای ۱۵ دقیقه‌ای مدل Gemma روی چهار تراشه TPU فاصله زیادی با یک داتاسنتر مقیاس‌‌پذیر دارد، اما داده‌های حاصل از پایداری سخت‌افزار در طول یک سال آینده، نقشه راه مهندسی زیرساخت‌های فضایی گوگل را تعیین خواهد کرد.
