Google анонсировала проект Suncatcher — концепцию орбитальной инфраструктуры, предназначенной для искусственного интеллекта. Согласно этой концепции, вычисления будут производиться на спутниках, использующих энергию Солнца. Разработчики компании рассказали о возможности создания сети спутников, оснащенных тензорными процессорами (TPU) и использующих оптические каналы связи, что позволит заменить наземные центры обработки данных.

Suncatcher предполагает размещение вычислительных мощностей в космосе. Там, на подходящей орбите, солнечные панели смогут получать до восьми раз больше энергии, чем на Земле, благодаря практически непрерывному освещению. Это позволит расширять вычислительные возможности без использования ресурсов планеты и уменьшить зависимость от наземных электросетей.

Для размещения спутников предлагается использовать солнечно-синхронную орбиту на высоте приблизительно 650 км, что позволит им получать максимальное количество света в течение дня. Каждая платформа оснащена TPU-чипами и соединена с расположенными рядом аппаратами посредством лазерных каналов связи – так называемых free-space optical links (FSO). Для достижения пропускной способности, сопоставимой с характеристиками дата-центров, расстояние между спутниками должно составлять сотни метров, а не километры. Проведенные расчеты продемонстрировали, что при таком сближении возможно передавать десятки терабит в секунду, что было подтверждено лабораторным экспериментом, достигшим скорости в 1,6 Тбит/с при коротком оптическом соединении.

Для контроля над подобным “роем” инженеры использовали аналитические и численные модели, разработанные на базе уравнений Хилла–Клохесси–Уилтшира. Эти модели продемонстрировали, что группировка из 81 спутника радиусом 1 км, при которой соседние аппараты находятся на расстоянии 100–200 метров, способна поддерживать стабильность орбиты при небольших корректирующих воздействиях.

Особое внимание уделялось обеспечению надежности оборудования. TPU-чип Trillium v6e прошёл испытания в потоке протонов с энергией 67 МэВ и выдержал воздействие радиации в объеме до 15 крад(Si) без сбоев, что втрое больше ожидаемой радиационной нагрузки за пять лет (750 рад(Si)) при наличии защиты. Это демонстрирует возможность функционирования современных TPU в космических условиях без существенного ухудшения характеристик.

Авторы провели анализ экономической ситуации. В случае, если к середине 2030-х стоимость доставки груза на низкую орбиту уменьшится до 200 долларов за килограмм, запуск «орбитального дата-центра» станет сопоставим по цене с энергопотреблением наземных центров обработки данных – в пределах от 570 до 3000 долларов на киловатт-год. Исследование тенденций, демонстрируемых компанией SpaceX, указывает на то, что достижение такой цены возможно при условии сохранения текущей динамики удешевления запусков.

Первый эксперимент Suncatcher намечен на 2027 год и будет реализован совместно с компанией Planet: два тестовых спутника позволят оценить работу TPU в условиях космоса и выполнить распределённые вычисления с использованием оптических каналов связи.

По мнению авторов, внедрение солнечных дата-центров в космосе может стать следующим этапом эволюции вычислительной инфраструктуры искусственного интеллекта, подобно тому, как произошел переход от локальных серверов к облачным решениям. В случае успешной реализации, этот проект позволит расширить возможности обучения нейронных сетей, не завися от ограничений энергоснабжения на Земле, и откроет путь к формированию новой отрасли космических вычислений.