گوگل برای سیر کردن عطش هوش مصنوعی به قدرت، فضا را پیشنهاد می‌کند
مهندسان گوگل معتقدند تمام قطعات لازم برای ساخت یک مرکز داده در مدار زمین را در اختیار دارند.
از همان ابتدا مشخص بود که دیر یا زود، گوگل نیز به جمع شرکت‌هایی می‌پیوندد که مجذوب پتانسیل مراکز داده مداری شده‌اند.
گوگل روز سه‌شنبه از طرح جدیدی به نام «پروژه سان‌کچر» برای بررسی امکان‌سنجی انتقال هوش مصنوعی به فضا رونمایی کرد. ایده اصلی این است که انبوهی از ماهواره‌ها در مدار پایینی زمین مستقر شوند و هر یک حامل تراشه‌های شتاب‌دهنده هوش مصنوعی گوگل باشند. این تراشه‌ها برای آموزش، تولید محتوا، گفتار و بینایی مصنوعی و مدل‌سازی پیش‌بینی‌کننده طراحی شده‌اند. گوگل این تراشه‌ها را «واحدهای پردازش تانسور» یا TPU می‌نامد.
گوگل در یک پست وبلاگی نوشت: «پروژه سان‌کچر یک پروژه بلندپروازانه است که مرز جدیدی را کاوش می‌کند: تجهیز منظومه‌های ماهواره‌ای خورشیدی به TPUها و ارتباطات نوری فضای آزاد تا روزی بتوان محاسبات یادگیری ماشین را در فضا گسترش داد.»
سوندار پیچای، مدیرعامل گوگل، در شبکه اجتماعی ایکس نوشت: «مانند هر پروژه بلندپروازانه‌ای، این کار مستلزم حل بسیاری از چالش‌های مهندسی پیچیده است.» پیچای اشاره کرد که آزمایش‌های اولیه گوگل نشان می‌دهد TPUهای این شرکت می‌توانند در برابر تشعشعات شدیدی که در فضا با آن مواجه خواهند شد، مقاومت کنند. او افزود: «با این حال، چالش‌های مهمی مانند مدیریت حرارتی و قابلیت اطمینان سیستم در مدار همچنان باقی است.»
چرایی و چگونگی
وب‌سایت Ars روز سه‌شنبه درباره این خبر گوگل گزارش داد و گوگل نیز یک مقاله پژوهشی منتشر کرد که انگیزه این پروژه بلندپروازانه را تشریح می‌کند. تراویس بیلز، یکی از نویسندگان این مقاله، در گفتگو با Ars درباره پروژه سان‌کچر صحبت کرد و نظرات خود را در مورد دلایل موفقیت احتمالی آن به اشتراک گذاشت.
بیلز، مدیر ارشد تیم تحقیقاتی «پارادایم‌های هوش» در گوگل، گفت: «ما شاهد تقاضای بسیار زیادی از سوی مردم برای هوش مصنوعی هستیم. بنابراین، می‌خواستیم راهکاری برای محاسبات پیدا کنیم که فارغ از میزان رشد تقاضا، کارآمد باشد.»
تقاضای بیشتر به مراکز داده بزرگ‌تری منجر می‌شود که مقادیر عظیمی برق مصرف می‌کنند. بر اساس گزارش MIT Technology Review، هوش مصنوعی به‌تنهایی ممکن است تا سال ۲۰۲۸ به اندازه ۲۲ درصد از کل خانوارهای آمریکایی در سال، برق مصرف کند. خنک‌سازی نیز یک مشکل دیگر است که اغلب به منابع آبی گسترده نیاز دارد و پرسش‌های مهمی را در مورد پایداری زیست‌محیطی مطرح می‌کند.
گوگل برای جلوگیری از تنگناهای احتمالی، به آسمان چشم دوخته است. یک ماهواره در فضا به منبع بی‌نهایتی از انرژی تجدیدپذیر و به کل جهان برای دفع گرما دسترسی دارد.
بیلز توضیح داد: «اگر یک مرکز داده روی زمین را در نظر بگیرید، انرژی را دریافت و گرما را دفع می‌کند. برای ما، این ماهواره است که همین کار را انجام می‌دهد. ماهواره پنل‌های خورشیدی خواهد داشت… این پنل‌ها انرژی لازم برای TPUها را تأمین می‌کنند تا هر محاسباتی که لازم است انجام شود و سپس گرمای اضافی TPUها از طریق یک رادیاتور به فضا تابیده خواهد شد.»
گوگل در نظر دارد مجموعه‌ای از ماهواره‌ها را در نوع خاصی از مدار قرار دهد که در امتداد خط مرزی روز و شب (جایی که نور خورشید به تاریکی می‌رسد) حرکت می‌کنند. این مدار شمالی-جنوبی یا قطبی، با خورشید همگام خواهد بود و به پنل‌های خورشیدی ماهواره‌ها اجازه می‌دهد تا به طور مداوم در معرض نور خورشید باشند.
بیلز گفت: «این نور حتی از خورشید نیمروز روی زمین نیز روشن‌تر است، زیرا توسط جو زمین فیلتر نمی‌شود.»
این بدان معناست که یک پنل خورشیدی در فضا می‌تواند تا هشت برابر بیشتر از همان سطح جمع‌آوری روی زمین، انرژی تولید کند و نیازی به باتری‌های زیاد برای ذخیره برق برای شب نیست. این استدلال ممکن است شبیه به ایده نیروی خورشیدی مبتنی بر فضا باشد، ایده‌ای که اولین بار توسط آیزاک آسیموف در داستان کوتاه «دلیل» (Reason) در سال ۱۹۴۱ توصیف شد. اما مراکز داده مداری به جای انتقال برق به زمین برای مصارف زمینی، مستقیماً از منبع انرژی در فضا استفاده می‌کنند.
بیلز گفت: «مانند بسیاری از چیزها، ایده‌ها از داستان‌های علمی-تخیلی سرچشمه می‌گیرند، اما این ایده با چالش‌های متعددی روبرو بوده که یکی از بزرگ‌ترین آن‌ها نحوه انتقال برق به زمین است. بنابراین، ما به جای تلاش برای حل این مشکل، این پروژه بلندپروازانه را آغاز کرده‌ایم تا تراشه‌های محاسباتی [یادگیری ماشین] را به فضا ببریم، آن‌ها را روی ماهواره‌هایی با پنل‌های خورشیدی و رادیاتورهای خنک‌کننده قرار دهیم و همه این‌ها را با هم ادغام کنیم تا دیگر نیازی به تأمین انرژی از زمین نباشد.»
گوگل در پروژه‌های بلندپروازانه خود سابقه متفاوتی دارد. یکی از برجسته‌ترین فارغ‌التحصیلان این پروژه‌ها، ویمو (Waymo)، توسعه‌دهنده کیت خودروهای خودران است که در سال ۲۰۱۶ به یک شرکت مستقل تبدیل شد و اکنون فعال است. از سوی دیگر، پروژه لون (Project Loon) برای ارسال سیگنال‌های اینترنت از بالون‌های مرتفع، یکی از پروژه‌هایی بود که به سرانجام نرسید.
وب‌سایت Ars هفته گذشته دو مقاله درباره آینده مراکز داده فضایی منتشر کرد. یکی از استارتاپ‌های این حوزه به نام استارکلاود (Starcloud) با انویدیا (Nvidia)، بزرگ‌ترین شرکت فناوری جهان از نظر ارزش بازار، برای ساخت یک مرکز داده مداری ۵ گیگاواتی با پنل‌های خورشیدی و خنک‌کننده عظیم به طول و عرض تقریبی ۴ کیلومتر همکاری می‌کند. در واکنش به این خبر، ایلان ماسک گفت که اسپیس‌ایکس نیز به دنبال همین فرصت تجاری است اما جزئیاتی ارائه نکرد. شایان ذکر است که گوگل حدود ۷ درصد از سهام اسپیس‌ایکس را در اختیار دارد.
قدرت در تعداد
معماری پیشنهادی گوگل از یک جهت مهم با طرح استارکلاود و انویدیا تفاوت دارد. گوگل به جای ارسال یک یا چند گره محاسباتی عظیم، قصد دارد ناوگانی از ماهواره‌های کوچک‌تر را پرتاب کند که از طریق پیوندهای داده لیزری با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. در واقع، این مجموعه ماهواره‌ای به عنوان یک مرکز داده واحد عمل خواهد کرد و با استفاده از اتصالات با سرعت نور، قدرت محاسباتی را صدها کیلومتر بالاتر از سر ما تجمیع می‌کند.
اگر این ایده غیرمحتمل به نظر می‌رسد، لحظه‌ای به کارهایی که شرکت‌ها امروز در فضا انجام می‌دهند فکر کنید. اسپیس‌ایکس به طور معمول هفته‌ای بیش از ۱۰۰ ماهواره استارلینک پرتاب می‌کند که هر کدام از پیوندهای لیزری بین-ماهواره‌ای برای انتقال سیگنال‌های اینترنت در سراسر جهان استفاده می‌کنند. شبکه پهن‌باند ماهواره‌ای کویپر (Kuiper) آمازون از فناوری مشابهی استفاده می‌کند و ارتباطات لیزری، زیربنای منظومه نسل بعدی رله داده نیروی فضایی ایالات متحده خواهد بود.
ساخت مستقل یک سازه چند کیلومتری در مدار، همان‌طور که انویدیا و استارکلاود پیش‌بینی می‌کنند، فرصت‌های غیرقابل تصوری را ایجاد خواهد کرد. این مفهوم همچنین به فناوری‌هایی متکی است که هرگز در فضا آزمایش نشده‌اند، اما مهندسان و سرمایه‌گذاران زیادی هستند که می‌خواهند آن را امتحان کنند. استارکلاود هفته گذشته توافقی با یک شرکت جدید مونتاژ در فضا به نام «رندوو رباتیکس» (Rendezvous Robotics) اعلام کرد تا استفاده از مونتاژ ماژولار و خودکار را برای ساخت مراکز داده خود بررسی کند.
مقاله پژوهشی گوگل، یک منظومه محاسباتی آینده با ۸۱ ماهواره را توصیف می‌کند که در ارتفاع حدود ۶۵۰ کیلومتری پرواز می‌کنند، اما بیلز گفت که این شرکت می‌تواند تعداد کل این مجموعه را متناسب با تقاضای بازار افزایش دهد. به گفته گوگل، این معماری می‌تواند مراکز داده مداری با ظرفیت تراوات را ممکن سازد.
بیلز گفت: «آنچه ما در واقع پیش‌بینی می‌کنیم این است که با افزایش مقیاس، می‌توان خوشه‌های زیادی داشت.»
تعداد ماهواره‌ها هر چه باشد، آن‌ها با استفاده از پیوندهای نوری بین-ماهواره‌ای برای اتصال پرسرعت و با تأخیر کم با یکدیگر ارتباط برقرار خواهند کرد. ماهواره‌ها باید در یک آرایش فشرده، شاید با فاصله چند صد فوت از یکدیگر و با قطر کلی حدود ۲ کیلومتر پرواز کنند. گوگل می‌گوید مدل مبتنی بر فیزیک آن نشان می‌دهد که ماهواره‌ها می‌توانند با استفاده از اتوماسیون و «بودجه‌های پیشرانه معقول» آرایش‌های پایداری را در چنین فواصل نزدیکی حفظ کنند.
بیلز گفت: «اگر در حال انجام کاری هستید که نیاز به هماهنگی بسیار دقیق بین چندین TPU دارد—به‌ویژه آموزش—به پیوندهایی با کمترین تأخیر و بیشترین پهنای باند ممکن نیاز دارید. در مورد تأخیر، با محدودیت سرعت نور مواجه هستید، بنابراین برای کاهش آن باید اجزا را به هم نزدیک کنید. اما پهنای باند نیز با نزدیک کردن اجزا بهبود می‌یابد.»
برخی از کاربردهای یادگیری ماشین را می‌توان تنها با TPUهای یک ماهواره با اندازه متوسط انجام داد، در حالی که برخی دیگر ممکن است به قدرت پردازشی چندین فضاپیمای متصل به هم نیاز داشته باشند.
بیلز گفت: «شاید بتوان کارهای کوچک‌تر را در یک ماهواره جای داد. این رویکردی است که به طور بالقوه می‌توانید بسیاری از بارهای کاری استنتاج را با یک یا تعداد کمی ماهواره انجام دهید، اما در نهایت، اگر بخواهید کارهای بزرگ‌تری را اجرا کنید، ممکن است به یک خوشه بزرگ‌تر که به این شکل شبکه‌بندی شده نیاز داشته باشید.»
به گفته بیلز، گوگل بیش از یک سال است که روی پروژه سان‌کچر کار می‌کند. در آزمایش‌های زمینی، مهندسان TPUهای گوگل را تحت یک پرتو پروتون ۶۷ مگاالکترون‌ولت آزمایش کردند تا دوز یونیزان کل تشعشعی را که تراشه در طول پنج سال در مدار دریافت می‌کند، شبیه‌سازی کنند. اکنون زمان آن فرا رسیده است که نشان داده شود تراشه‌های هوش مصنوعی گوگل و هر چیز دیگری که برای پروژه سان‌کچر لازم است، واقعاً در محیط واقعی کار خواهند کرد.
گوگل با شرکت تصویربرداری زمین «پلنت» (Planet) برای توسعه یک جفت ماهواره نمونه کوچک برای پرتاب در اوایل سال ۲۰۲۷ همکاری می‌کند. پلنت ماهواره‌های خود را می‌سازد، بنابراین گوگل از آن خواسته تا هر فضاپیما را تولید، آزمایش و پرتاب آن را هماهنگ کند. شرکت مادر گوگل، آلفابت، نیز در پلنت سهام دارد.
بیلز گفت: «ما TPUها و سخت‌افزار مرتبط با آن، یعنی محموله محاسباتی را در اختیار داریم… و آن را به پلنت می‌آوریم. برای این مأموریت نمونه اولیه، ما واقعاً از آن‌ها می‌خواهیم که در همه مراحل آماده‌سازی آن برای کار در فضا به ما کمک کنند.»
بیلز از بیان هزینه مأموریت آزمایشی که برای سال ۲۰۲۷ برنامه‌ریزی شده خودداری کرد، اما گفت که گوگل هزینه نقش پلنت در این مأموریت را پرداخت می‌کند. هدف این مأموریت آزمایشی این است که نشان دهد آیا محاسبات مبتنی بر فضا یک سرمایه‌گذاری قابل دوام است یا خیر.
بیلز پرسید: «آیا واقعاً در فضا همان‌طور که ما فکر می‌کنیم و روی زمین آزمایش کرده‌ایم، دوام می‌آورد؟»
مهندسان یک پیوند لیزری بین-ماهواره‌ای را آزمایش خواهند کرد و تأیید خواهند کرد که تراشه‌های هوش مصنوعی گوگل می‌توانند در برابر سختی‌های پرواز فضایی مقاومت کنند.
بیلز گفت: «ما مقیاس‌پذیری را با ساخت ماهواره‌های زیاد و اتصال آن‌ها به یکدیگر با پیوندهای بین-ماهواره‌ای با پهنای باند فوق‌العاده بالا تصور می‌کنیم. به همین دلیل است که می‌خواهیم یک جفت ماهواره پرتاب کنیم، زیرا در این صورت می‌توانیم پیوند بین ماهواره‌ها را آزمایش کنیم.»
انتقال همه این داده‌ها به کاربران روی زمین چالش دیگری است. پیوندهای داده نوری همچنین می‌توانند مقادیر عظیمی از داده را بین ماهواره‌های در مدار و ایستگاه‌های زمینی روی زمین مسیریابی کنند.
علاوه بر امکان‌سنجی فنی، موانع اقتصادی نیز از دیرباز برای استقرار منظومه‌های ماهواره‌ای بزرگ وجود داشته است. اما تجربه اسپیس‌ایکس با شبکه پهن‌باند استارلینک که اکنون بیش از ۸۰۰۰ ماهواره فعال دارد، گواهی بر تغییر زمانه است.
گوگل معتقد است با آنلاین شدن موشک استارشیپ اسپیس‌ایکس، معادله اقتصادی دوباره تغییر خواهد کرد. تحلیل منحنی یادگیری این شرکت نشان می‌دهد که قیمت‌های پرتاب تا حدود سال ۲۰۳۵ ممکن است به کمتر از ۲۰۰ دلار به ازای هر کیلوگرم کاهش یابد، با این فرض که استارشیپ تا آن زمان حدود ۱۸۰ بار در سال پرواز کند. این رقم بسیار کمتر از اهداف پرتاب اعلام‌شده اسپیس‌ایکس برای استارشیپ است، اما با نرخ پرواز اثبات‌شده اسپیس‌ایکس با موشک کارکشته‌اش، فالکون ۹، قابل مقایسه است.
ممکن است اگر اسپیس‌ایکس، انویدیا و دیگران به گوگل در رقابت برای محاسبات مبتنی بر فضا بپیوندند، فشار نزولی بیشتری بر هزینه‌های پرتاب وارد شود. منحنی تقاضا برای دسترسی به فضا شاید تنها با عطش جهان برای هوش مصنوعی قابل رقابت باشد.
بیلز گفت: «هرچه افراد بیشتری کارهای جالب و هیجان‌انگیز در فضا انجام دهند، سرمایه‌گذاری بیشتری در پرتاب‌ها صورت می‌گیرد و در درازمدت، این می‌تواند به کاهش هزینه‌های پرتاب کمک کند. بنابراین، دیدن این سرمایه‌گذاری در سایر بخش‌های زنجیره تأمین و ارزش فضا واقعاً عالی است. راه‌های مختلفی برای انجام این کار وجود دارد.»