SpaceX 希望在太空建立人工智慧資料中心。它會起作用嗎？

在這股興奮浪潮中，最雄心勃勃、最具挑戰性的想法之一是聽起來幾乎像科幻小說的想法：軌道資料中心。 SpaceX 可能是最受歡迎的建造它們的公司之一，但它並不是唯一一家。

這個邏輯很引人注目：將資料中心發射到軌道上，那裡有充足的太陽能，而且土地、水和當地電網不受限制。隨著人工智慧推動運算需求的爆炸性成長，公司正在部署軌道資料中心，以逃避地球上運算不斷增加的環境和基礎設施壓力。由於資料中心位於其社區內，因此資料中心也經常面臨公眾的強烈反對。

但發射衛星和在軌運行工業規模的運算基礎設施之間存在很大差異。空間是無情的。輻射會損壞電子設備。電子產品會產生大量的熱量，而在太空中去除這些熱量卻非常困難。維修費用高得令人望而卻步，而且每發射一磅進入軌道的成本仍然很高。

我們是研究資料中心設計和太空系統工程的工程教授。建造天基資料中心需要兩方面的考慮。

進入地球上的資料中心

首先，考慮一下地球資料中心的組成部分，就像您可能開始隨處可見的資料中心一樣。這些設施支援雲端運算、視訊串流、網路銀行、科學運算以及越來越多的人工智慧。但資料中心不僅僅是一個裝滿伺服器的房間。

資料中心需要很多東西才能可靠地運作。首先是電能。伺服器、網路設備、儲存設備消耗大量電力，這種能源需求隨著人工智慧的發展而快速成長。

二是降溫。伺服器消耗的幾乎所有電力最終都會轉化為熱。如果無法快速可靠地消除這些熱量，設備效能會下降，故障會增加，且資料中心可能會關閉。冷凍系統通常包括空氣處理機組、冷水機、冷卻水塔、泵浦以及越來越多的液體冷卻設備。在許多安裝中，冷卻是僅次於 IT 設備的最大能源消耗。

第三是實體基礎設施，包括必要的土地、建築物、結構支撐、備用電源、供水系統、通訊網路和維護通道。資料中心必須距離使用者和網路位址夠近，才能提供快速的數位服務。

簡而言之，地球的數據中心是圍繞計算硬體構建的大型電力和熱力基礎設施系統。

空間放置

那麼，在太空中建立這些資料中心需要什麼，為什麼公司認為這個選項如此有趣的商業主張呢？

就像在地球上一樣，這些資料中心需要大量電力。在太空中，電力將來自太陽能電池板。太陽永遠照耀在太空中，不會被雲遮擋。然而，根據太陽能電池板放置的軌道，地球可能會在軌道的某些部分投下陰影。

即使是現今最好的太陽能電池，也能將大約一半的陽光轉化為電能。

太空中的另一個潛在優勢是冷卻。寒冷的太空底部（低至 455 華氏度或 270 攝氏度）創造了一個機會：資料中心的廢熱可以透過散熱器逃逸到太空，從而保持電子設備涼爽。

原則上，這樣的設計可以消除地球上使用的大部分水密集型冷卻基礎設施。然而，這些熱輻射器需要很大的面積，這還不包括太陽能電池板所需的面積。

在太空中，沒有空氣吹過熱設備並幫助熱量散發。熱量必須以紅外線輻射的形式離開，這是一個相對緩慢的過程。因此，消除 10 兆瓦的廢熱可能需要兩個足球場大小的散熱器表面。

太空資料中心還可以避免在地球上建造大型資料中心所帶來的一些局部衝突。由於土地使用、能源和水需求以及噪音和環境影響，許多社區抵制新資料中心的開發。

天基系統將避免對當地土地和水資源的競爭，也不會產生鄰裡噪音或需要當地的分區批准。

然而，太空已經變得擁擠，發射數千個大型軌道資料中心只會加速這個問題。軌道碎片和微隕石是危險的，因為它們可以刺穿太空中的資料中心，最壞情況下的碰撞可能會摧毀它並產生更多的太空碎片。

將所有設備送入軌道所需的太空發射頻率也可能成為一些社區關注的問題。 SpaceX 位於德克薩斯州博卡奇卡的發射台遭到當地活動人士的抗議，他們稱火箭測試和發射會損害周圍環境。

所有這些數據都必須使用無線電波或雷射通訊系統在地球和這些數據中心之間以及數據中心之間發送。儘管星鍊和亞馬遜獅子座等衛星星座已經證明這是可能的，但發送到太空和從太空發送的資料量將會增加。

額外的挑戰

這些資料中心以及太陽能電池板和散熱器無法整合在一起，必須在太空中組裝。這個過程需要在太空中維護、組裝和製造新設備。

另一個主要挑戰是電腦硬體的更新周期。資料中心伺服器並不是為了永遠持續下去而設計的。隨著晶片的改進、工作負載的變化和設備的老化，地面運營商通常每三到五年更換或升級一次硬體。

設備故障可能需要更換組件。在地球上，刷新和修復過程相對簡單，工作人員可以物理移除和更換伺服器。

在太空中，刷新和修復要困難得多。送入軌道的硬體升級可能很困難或太昂貴。如果運算平台無法更新，或者太多元件發生故障，周圍的基礎設施可能在其使用壽命結束之前就已經過時。

在效能提高如此之快且對 IT 需求不斷增加的領域，這一障礙可能成為重大的經濟和營運挑戰。

然後是太空的嚴酷。這些資料中心實際上是空的，受到持續輻射的影響。根據它們的軌道，它們每天會多次從陽光下的炎熱變為地球陰影下的寒冷。所有這些挑戰以及更多挑戰都是需要解決的問題。

那麼它們還有意義嗎？

儘管面臨這些挑戰，公司仍在繼續設計天基資料中心。 SpaceX 剛剛宣布了其 AI1 計算衛星的設計，希望將其用作軌道數據中心航天器。然而，這顆衛星的容量比當今地球上的資料中心小 100 到 1,000 倍。

並非所有計算任務都適合在太空中完成。許多數據中心應用程式依賴快速響應時間和與地球用戶的緊密連接。金融交易、互動式人工智慧服務和大多數雲端應用程式對延遲高度敏感。

更可行的初始應用程式可能是那些對延遲不太敏感並且與空間操作更密切相關的應用程式。例如，它可以處理地球觀測衛星的資料、處理軍事或情報資料、與太空任務相關的科學計算，或衛星和其他太空資產的專門計算。

換句話說，太空中第一個可行的資料中心可以在與地球上的主要雲端資料中心競爭之前為太空客戶提供服務。