Космические дата-центры: углеродно-нейтральное будущее вычислений

Ученые из Наньянского технологического университета (NTU Singapore) предлагают революционное решение для устойчивых вычислений: размещение дата-центров в космосе. Этот смелый проект предполагает использование безграничной солнечной энергии и холода космического вакуума для питания передовых процессоров, открывая путь к более экологичному цифровому будущему.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Electronics, описывает практическую схему создания углеродно-нейтральных дата-центров на низкой околоземной орбите (НОО). Эта концепция особенно актуальна для городов с ограниченным пространством, таких как Сингапур, где высокая стоимость земли и недвижимости делает традиционные дата-центры всё более затратными.

Профессор Вен Юнган, ведущий автор исследования, отмечает, что космос предоставляет два уникальных преимущества: практически неисчерпаемый источник солнечной энергии и естественное радиационное охлаждение благодаря экстремально низким температурам. В совокупности эти факторы позволяют орбитальным дата-центрам работать с нулевым углеродным следом. Это особенно важно в свете прогнозируемого 165%-го роста спроса на вычисления, обусловленного развитием искусственного интеллекта, к 2030 году.

В Сингапуре дата-центры уже потребляют около 7% национальной электроэнергии, и эта цифра, как ожидается, достигнет 12% к 2030 году. "Космос предлагает истинно устойчивую среду для вычислений. Мы должны мечтать смело и мыслить нестандартно, если хотим построить лучшее будущее для человечества", — подчеркивает профессор Вен.

В отличие от земных дата-центров, испытывающих трудности с охлаждением и энергопотреблением, особенно в условиях плотной городской застройки, космические объекты смогут полностью полагаться на солнечную энергию. Тепло будет рассеиваться непосредственно в глубокий космос, средняя температура которого составляет всего 2.7 Кельвина (−270.45°C). Это делает космос идеальной средой для высокопроизводительных вычислений.

Команда предлагает две модели реализации этой концепции:

Орбитальные периферийные дата-центры (Orbital Edge Data Centers): Спутники, оснащенные ускорителями ИИ, смогут обрабатывать данные непосредственно на орбите, передавая на Землю только необходимую обработанную информацию. Это снизит объемы передаваемых данных более чем в сто раз, значительно сократив энергопотребление и задержки.
Орбитальные облачные дата-центры (Orbital Cloud Data Centers): Созвездия спутников, оборудованные серверами, широкополосными каналами связи, солнечными панелями и радиационными охладителями, смогут совместно выполнять сложные вычислительные задачи, от научных симуляций до обучения моделей ИИ.

Исследователи подчеркивают, что вместо строительства одного массивного объекта в космосе, такие распределенные созвездия технологически осуществимы с использованием современных достижений в области спутниковых технологий и вычислений, и их можно масштабировать со временем.

Для проверки углеродной нейтральности системы была разработана цифровая модель орбитального дата-центра, которая показала, что холодный вакуум космоса позволяет более эффективно отводить тепло, чем на Земле.

Исследование также затрагивает вопрос стоимости строительства дата-центров. В таких городах, как Сингапур, где земля и энергия ограничены, строительство дата-центров обходится чрезвычайно дорого. Орбитальные модели избавляют от этих ограничений, не требуя физической земли и минимизируя инфраструктуру охлаждения, при этом предлагая глобальную масштабируемость.

Несмотря на то, что запуски ракет пока являются углеродоемкими, исследование NTU вводит новый показатель — эффективность использования углерода за жизненный цикл (CUE). Согласно этому показателю, солнечные орбитальные дата-центры смогут компенсировать выбросы от запусков в течение нескольких лет эксплуатации. Достижения в области многоразовых ракет, электрических ускорителей, радиационно-стойкой электроники и космических чипов также ускоряют прогресс.

Компании, такие как AMD, уже разрабатывают процессоры для космического применения, а технологические стартапы NTU работают над решениями, позволяющими бытовому оборудованию надежно функционировать в космосе.

Профессор Луис Фи, вице-президент NTU по инновациям и предпринимательству, отметил, что данное исследование отражает инновационный дух университета, подчеркивая важность междисциплинарных исследований и сотрудничества ученых и предпринимателей для решения глобальных проблем.