С бурным развитием искусственного интеллекта по всему миру активно строятся центры обработки данных, потребляющие огромное количество электроэнергии. По прогнозам, к 2028 году только серверы, используемые для искусственного интеллекта, могут потреблять до 22% всей электроэнергии, используемой домохозяйствами в Соединенных Штатах, что, несомненно, приведет к росту цен на электроэнергию и увеличению выбросов парниковых газов.
Помимо энергетической проблемы, существует и вопрос использования воды. Высокопроизводительные чипы искусственного интеллекта нагреваются настолько сильно, что традиционного воздушного охлаждения становится недостаточно, поэтому новые центры обработки данных переходят на жидкостное охлаждение. Хотя испарение воды является более эффективным и энергоэффективным методом по сравнению с рециркуляцией, крупные центры обработки данных, использующие эту технологию, могут потреблять миллионы галлонов воды каждый день, истощая местные водные ресурсы.
Понятно, что такая нагрузка на ресурсы вызывает беспокойство, и все больше сообществ выступают против строительства новых центров обработки данных. Однако, учитывая, что отказываться от использования искусственного интеллекта люди не собираются, некоторые специалисты предлагают рассмотреть возможность размещения центров обработки данных в космосе.
Идея состоит в том, что в космосе можно было бы получать круглосуточную энергию от солнечных панелей, ведь солнце там светит всегда, а отсутствие атмосферы и низкие температуры решали бы проблемы с отводом тепла. Предполагается, что вычисления будут происходить в орбитальных центрах, а результаты будут передаваться на Землю, подобно спутниковому интернету.
Является ли такая идея реальной или это так же фантастично, как колонизация Марса? Заявлено, что центры обработки данных могут быть построены в космосе, однако для объективной оценки необходимо рассмотреть фундаментальные физические принципы.
Закон сохранения энергии и отвода тепла
Фундаментальная научная концепция-это закон сохранения энергии, который гласит, что общее количество энергии в любой замкнутой системе остается постоянным. Энергия не исчезает и не создается, а только преобразуется из одной формы в другую, например, солнечные панели преобразуют световую энергию в электрическую.
Для удобства часто используют понятие мощности, которая измеряется в единицах энергии за единицу времени, то есть ваттах. С точки зрения мощности закон сохранения энергии означает, что суммарная мощность, поступающая в систему, равна суммарной мощности, выходящей из системы, плюс мощность, идущая на изменение внутренней энергии системы.
Рассмотрим для примера персональный компьютер с блоком питания мощностью 300 ватт. Это означает, что максимальная мощность, поступающая на компьютер, составляет 300 ватт. Часть этой энергии преобразуется в тепло, но когда компьютер достигает стабильной рабочей температуры, вся входная мощность должна быть равна выходной. Эта выходная мощность, помимо выполнения вычислений, отводится в виде тепла, которое компьютер излучает в окружающую среду, что делает его, по сути, обогревателем.
Теплоотвод: Кондукция и излучение
Тепловая энергия всегда перемещается от более теплого объекта к более холодному. Это может происходить двумя основными способами: кондукцией и излучением.
Кондукция-это прямой контакт между объектами, где тепло передается при столкновении молекул. Например, когда вы погружаетесь в прохладную воду, Ваше тело быстро отдает тепло воде, поэтому вода кажется холодной.
Излучение-это процесс передачи тепла через электромагнитные волны, когда объекты не имеют прямого контакта. Это явление наблюдается, например, в электрических печах, где нагревательный элемент излучает инфракрасный свет, который нагревает пищу.
Вычисления в космосе и проблемы рассеивания тепла
Если вы поместите компьютер на низкую околоземную орбиту, где нет воздуха, традиционные вентиляторы, охлаждающие процессоры, будут неэффективными. Единственным способом отвода тепла останется излучение, которое является значительно менее эффективным, чем кондукция.
Многие ошибочно полагают, что космос является “холодным” местом. Однако, температура-это свойство материи, которая измеряет движение молекул. В космическом вакууме молекул мало, поэтому у него нет собственной температуры. Рассеивание тепла излучением в космосе происходит медленно.
Скорость рассеивания тепла излучением можно рассчитать с помощью закона Стефана-Больцмана. Формула учитывает такие параметры, как эффективность излучения объекта, его поверхность и температуру. Чем выше температура объекта, тем быстрее он излучает тепло.
Предположим, что компьютер, работающий с определенной нагрузкой, достигает температуры 200 градусов по Фаренгейту. Даже если компьютер имеет значительную площадь поверхности, его тепловое излучение будет недостаточным для эффективного охлаждения, если входная мощность будет значительно превышать выходную.
Масштабирование и проблемы с охлаждением
Проблема заключается в том, что при увеличении объема устройства, его площадь поверхности растет медленнее. Это означает, что чем больше космический центр обработки данных, тем сложнее будет отводить от него тепло. Огромные структуры, подобные земным центрам обработки данных, которые будут иметь значительную мощность, будут просто перегреваться.
Хотя можно было бы добавить внешние радиационные панели, подобные тем, которые используются на Международной космической станции, их площадь должна быть чрезвычайно большой, чтобы справиться с мощностью, выделяемой современными центрами обработки данных. Кроме того, эти панели требуют сложной системы трубопроводов для отвода тепла от процессоров, что увеличивает стоимость и сложность запуска.
Также следует учитывать, что солнечное излучение также будет нагревать космический центр обработки данных, требуя еще больших усилий для охлаждения, а интенсивное излучение может со временем повредить электронику. Ремонт в космосе также является серьезной проблемой.
Новые подходы и риски
Исходя из этих соображений, становится ясно, что эффективное охлаждение в космосе требует использования множества небольших спутников, а не нескольких больших, что имеет лучшее соотношение площади к объему. Именно такой подход предлагают разработчики, в частности, Google со своим проектом Suncatcher. Компания SpaceX уже получила разрешение на запуск миллиона небольших спутников для искусственного интеллекта.
Однако низкая околоземная орбита уже перенасыщена тысячами активных спутников и значительным количеством космического мусора. Увеличение количества спутников в сотни раз увеличивает риск столкновений, что может привести к катастрофическим последствиям, таким как каскад Кесслера.
Теоретически создание вычислительных систем в космосе из большого количества малых спутников возможно, но стоимость их запуска и строительства будет астрономической. Вопрос же относительно целесообразности такой идеи остается открытым.
По материалам: Wired
