مهندس سابق في ناسا: إنشاء مركز بيانات فضائية هو أسوأ فكرة سمعتها على الإطلاق

مهندس سابق في ناسا وخبير في خدمات جوجل السحابية يشرح لماذا فكرة إقامة مراكز بيانات في الفضاء هي فكرة غير عملية تمامًا، حيث تواجه تحديات على جميع الأصعدة من الطاقة وتبديد الحرارة إلى تحمل الإشعاع. هذا المقال مستمد من مقال كتبه تارانيز، حيث تم تنظيمه وترجمته وكتابته بواسطة منطقة الحركة. (ملخص: هذا الرجل يريد إرسال جهاز تعدين بيتكوين إلى الفضاء: الشمس غير المحدودة + صفر تكاليف تبريد هي جنة تعدين BTC) (إضافة خلفية: نقل سد الخوانق الثلاثة إلى الفضاء) تخطط الصين لبناء محطة طاقة شمسية في الفضاء، هل ستحصل البشرية على حرية الطاقة؟) للتوضيح، أنا مهندس/عالم سابق في ناسا، حاصل على درجة الدكتوراه في إلكترونيات الفضاء. لقد عملت أيضًا في جوجل لمدة 10 سنوات، حيث عملت في أقسام مختلفة من الشركة، بما في ذلك يوتيوب والقسم السحابي الذي يتولى نشر قدرات الحوسبة AI، لذلك أنا مؤهل تمامًا للتعليق على هذا الموضوع. باختصار: هذه فكرة سيئة تمامًا، ولا يوجد أي منطق فيها. هناك العديد من الأسباب لذلك، لكن في جملة واحدة، الأجهزة الإلكترونية اللازمة لتشغيل مراكز البيانات، وخاصة تلك التي تعتمد على نشر قدرات الحوسبة AI في شكل GPU وTPU، غير مناسبة للتشغيل في الفضاء. إذا لم تكن قد عملت في هذا المجال من قبل، يجب أن أحذرك من عدم الافتراض بناءً على الحدس، لأن الواقع المتمثل في تشغيل الأجهزة الفضائية في الفضاء ليس واضحًا بالضرورة. الطاقة يبدو أن السبب الرئيسي الذي يدفع الناس للقيام بذلك هو وجود طاقة وفيرة في الفضاء. الأمر ليس كذلك. لديك في الأساس خياران: الطاقة الشمسية والطاقة النووية. الطاقة الشمسية تعني نشر صفوف من الألواح الشمسية المزودة بخلايا ضوئية - وهو ما يعادل تقريبًا المعدات الموجودة على سطح منزلي في أيرلندا، ولكن في الفضاء. إنها تعمل بالفعل، ولكنها لن تكون أفضل بشكل سحري من تركيب الألواح الشمسية على الأرض - الطاقة التي تفقدها عبر الغلاف الجوي ليست كبيرة جدًا، لذا فإن الحدس حول المساحة المطلوبة بشكل عام صحيح. أكبر مجموعة ألواح شمسية تم نشرها في الفضاء هي نظام محطة الفضاء الدولية (ISS)، الذي يوفر طاقة تزيد قليلاً عن 200 كيلو وات في ذروته. من المهم الإشارة إلى أن نشر هذا النظام يتطلب عدة رحلات فضائية والكثير من العمل - مساحته حوالي 2500 متر مربع، وهو أكثر من نصف حجم ملعب كرة القدم الأمريكي. بالنسبة إلى NVIDIA H200، تتطلب كل وحدة GPU حوالي 0.7 كيلو وات لكل شريحة. هذه الأجهزة لا يمكن أن تعمل بمفردها، وكفاءة تحويل الطاقة ليست 100%، لذا فإن 1 كيلو وات لكل GPU قد يكون معيارًا أفضل. وبالتالي، يمكن لمجموعة ضخمة بحجم محطة الفضاء الدولية أن تزود حوالي 200 GPU بالطاقة. يبدو أن هذا كثير، ولكن دعونا نبقى في منظور: تخطط OpenAI لبناء مركز بيانات في النرويج يستوعب 100,000 GPU، كل منها قد يستهلك طاقة أكثر من H200. للوصول إلى هذه السعة، تحتاج إلى إطلاق 500 قمر صناعي بحجم محطة الفضاء الدولية. بالمقارنة، رف خادم واحد (مثل الذي تباعه NVIDIA مسبقًا) سيستوعب 72 GPU، لذا فإن كل قمر صناعي عملاق يعادل حوالي ثلاثة أرفف فقط. الطاقة النووية ليست مفيدة أيضًا. نحن لا نتحدث عن مفاعل نووي - نحن نتحدث عن مولدات حرارية مشعة (RTG) ذات مخرجات طاقة نموذجية تبلغ حوالي 50 واط - 150 واط. لذا فهي ليست كافية حتى لتشغيل وحدة GPU واحدة، حتى لو تمكنت من إقناع شخص ما بإعطائك قطعة من البلوتونيوم الحدودي، ولم تكن تمانع في أن يكون لديك مئات الفرص لنشرها في مناطق واسعة عندما تنفجر وسيلة الإطلاق. تنظيم الحرارة نظام التحكم الحراري المتقدم في محطة الفضاء الدولية (بوينغ) رأيت عددًا من الأشخاص يعلقون على هذا المفهوم بقولهم: “حسنًا، الفضاء بارد، لذا سيكون من السهل التبريد، أليس كذلك؟” أمم… لا… ليس حقًا. التبريد على الأرض نسبيًا بسيط. تأثير الحمل الهوائي جيد جدًا - جعل الهواء يتدفق عبر سطح، خاصةً إذا تم تصميمه بزاوية ذات نسبة سطح إلى حجم كبيرة، يمكن أن ينقل الحرارة من المبرد إلى الهواء بشكل فعال. إذا كنت بحاجة إلى كثافة طاقة أعلى من التبريد المباشر (وGPU عالية الطاقة ينتمي بالتأكيد إلى هذه الفئة)، يمكنك استخدام التبريد السائل لنقل الحرارة من الشريحة إلى مبردات/مبددات حرارة أكبر. في مراكز البيانات على الأرض، يتم عادةً إعداد دورة تبريد، حيث يتم تبريد الآلات بواسطة مادة التبريد (عادةً الماء)، ويتم ضخ مادة التبريد حول الرف، واستخراج الحرارة وإعادة مادة التبريد إلى الدورة. عادةً ما يتم تبريد مادة التبريد عن طريق الحمل إلى الهواء، لذا فهذه هي الطريقة التي تعمل بها الأمور على الأرض. في الفضاء، لا يوجد هواء. البيئة قريبة من الفراغ المطلق، ولا يوجد فرق عملي، لذا لا يحدث الحمل على الإطلاق. في هندسة الفضاء، عادةً ما نفكر في إدارة الحرارة، وليس فقط التبريد. الحقيقة هي أن الفضاء نفسه ليس لديه درجة حرارة. فقط المواد لها درجة حرارة. قد يفاجئك هذا، ولكن في نظام الأرض-القمر، درجة حرارة أي شيء تقريبًا متوسطة قريبة جدًا من درجة حرارة الأرض المتوسطة، لأن هذا هو السبب في أن الأرض تحتفظ بتلك الدرجة المحددة. إذا كان القمر الصناعي يدور، فسيكون مشابهًا لدجاجة على مشواة، حيث يميل إلى الاحتفاظ بدرجة حرارة متسقة تشبه تقريبًا درجة حرارة سطح الأرض. إذا لم يكن يدور، فإن الجانب المعاكس للشمس سيبدأ في البرودة تدريجيًا، مع وجود حد أقصى من الخلفية الكونية للموجات، حوالي 4 كلفن، وهو أعلى قليلاً من الصفر المطلق. على الجانب المواجه للشمس، قد تصبح الأمور حارة جدًا، تصل إلى مئات الدرجات المئوية. لذلك، تحتاج إدارة الحرارة إلى تصميم دقيق للغاية، لضمان توجيه الحرارة بعناية إلى حيث تحتاج أن تذهب. نظرًا لعدم وجود حمل في الفراغ، يمكن تحقيق ذلك فقط من خلال التوصيل أو نوع من مضخات الحرارة. لقد قمت بتصميم أجهزة فضائية تعمل في الفضاء. في حالة معينة، قمت بتصميم نظام كاميرا يحتاج إلى أن يكون صغيرًا وخفيف الوزن، مع توفير قدرات تصوير علمية. كانت إدارة الحرارة في قلب عملية التصميم. يجب أن تكون كذلك، لأن الطاقة نادرة على المركبات الفضائية الصغيرة، ويجب أن تتحقق إدارة الحرارة مع الحد الأدنى من الكتلة. لذلك بالنسبة لي، لا يوجد مضخات حرارية أو أشياء فاخرة: لقد أخذت اتجاهًا آخر، وصممت النظام بحيث يستهلك في ذروته حوالي 1 واط، وينخفض إلى حوالي 10% عندما تكون الكاميرا في وضع الخمول. تتحول كل هذه الطاقة إلى حرارة، لذا إذا كنت أستهلك 1 واط فقط عند التقاط الصور، ثم أغلق مستشعر الصورة بمجرد دخول البيانات إلى RAM، يمكنني تقليل استهلاك الطاقة إلى النصف، ثم عندما يتم تنزيل الصورة إلى الكمبيوتر الطائر، يمكنني إيقاف تشغيل RAM وتقليل الطاقة إلى مستوى صغير نسبيًا. الشيء الوحيد الذي أحتاجه لإدارة الحرارة هو تثبيت حواف لوحة الدوائر على الرف، بحيث يمكن لطبقات النحاس داخل لوحة الدوائر أن تنقل أي حرارة تنتج. سيكون التبريد حتى لوحدة H200 واحدة كابوسًا مطلقًا. من الواضح أن المبردات والمراوح لن تعمل على الإطلاق، ولكن هناك نسخة سائلة من H200. افترض أنه تم استخدام هذه النسخة. تحتاج هذه الحرارة إلى الانتقال إلى لوح التبريد - هذا ليس مثل المبرد في سيارتك، تذكر أنه لا يوجد حمل؟ - تحتاج إلى الإشعاع الحرارة إلى الفضاء. افترض أنه يمكننا توجيهها بعيدًا عن الشمس. نظام التحكم الحراري النشط في محطة الفضاء الدولية (ATCS) هو مثال على هذا النوع من أنظمة التحكم الحراري. إنه نظام معقد للغاية يستخدم حلقات تبريد الأمونيا ونظام كبير من الألواح الحرارية. حد التبريد الخاص بها هو 16 كيلو وات، لذا حوالي 16 GPU من نوع H200، وهو أكثر بقليل من ربع رف الأرض. حجم نظام الألواح الحرارية هو 13.6 متر × 3.12 متر، أي حوالي 42.5 متر مربع. إذا أخذنا 200 كيلو وات كمعيار واعتبرنا أن كل هذه الطاقة ستذهب إلى GPU، نحتاج إلى نظام كبير 12.5 مرة، أي حوالي 531 …