در مدار زمین، صفحات خورشیدی میتوانند تا هشت برابر کاراتر از نمونههای زمینی خود عمل کنند، زیرا تقریباً به طور پیوسته انرژی تولید میکنند و نیازی به ذخیرهسازی سنگین با باتری ندارند. همین واقعیتها گروهی از پژوهشگران گوگل را به این اندیشه رسانده است که شاید بهترین مکان برای گسترش هوش مصنوعی، اصلاً روی زمین نباشد، بلکه در فضا باشد.
پروژهای با نام «سانکچر» (Suncatcher)، تازهترین مأموریت فضایی گوگل، تصویری آیندهنگرانه از صورتهای فلکی متشکل از ماهوارههای خورشیدی ارائه میدهد که هرکدام مجهز به پردازندههایی قدرتمند هستند و از طریق پیوندهای نوری لیزری با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند. هدف این طرح، یکی از بزرگترین چالشهای دنیای هوش مصنوعی را هدف گرفته است: مصرف عظیم انرژی در سامانههای یادگیری ماشینی در مقیاس کلان. گوگل با این پروژه میخواهد به منبع نهایی انرژی در منظومه شمسی ــ یعنی خود خورشید ــ متصل شود تا این نیاز را برطرف کند. مقالهای پژوهشی که بهتازگی توسط تیم گوگل منتشر شده، جزئیات پیشرفت آنها را در مسیر رفع چالشهای فنی این طرح توضیح میدهد.
گوگل در حال بررسی روشهایی است که بتوان از ماهوارهها برای مراکز دادهی آینده استفاده کرد.
(اعتبار تصویر: ناسا)
در این طرح پیشنهادی، سامانه در مداری موسوم به مدار خورشیدهمگام (Sun-synchronous orbit) فعالیت خواهد کرد؛ مداری که در آن ماهوارهها تقریباً همیشه در معرض تابش مستقیم خورشید قرار دارند. این انتخاب مداری باعث میشود بهرهبرداری از انرژی خورشیدی به حداکثر برسد و نیاز به باتریهای حجیم به حداقل کاهش یابد. اما برای آنکه زیرساخت هوش مصنوعی مبتنی بر فضا به واقعیت تبدیل شود، باید بر مجموعهای از چالشهای بزرگ مهندسی غلبه کرد.
نخستین چالش، دستیابی به سرعت ارتباطی در مقیاس مراکز داده است. آموزش و اجرای مدلهای یادگیری عمیق در ابعاد بزرگ، نیازمند توزیع وظایف بین تعداد زیادی پردازنده است که باید از طریق ارتباطات با پهنای باند بالا و تأخیر زمانی پایین به هم متصل باشند. برای دستیابی به کاراییای مشابه مراکز داده زمینی، پیوندهای میان ماهوارهها باید بتوانند دادههایی با نرخ دهها ترابیت بر ثانیه منتقل کنند. تحلیلهای گوگل نشان میدهد که این هدف از نظر فنی دستیافتنی است، البته به شرطی که از فناوریهای تقسیم طول موج متراکم (Dense Wavelength Division Multiplexing) و چندگانگی فضایی (Spatial Multiplexing) استفاده شود و ماهوارهها با فاصلهای کمتر از چند کیلومتر از یکدیگر پرواز کنند.
تیم پژوهشی گوگل این ایده را در آزمایشگاهی در مقیاس کوچک بررسی کرده و توانستهاند سرعت انتقالی برابر با ۱٫۶ ترابیت بر ثانیه را با موفقیت به نمایش بگذارند. این موفقیت، اثباتی است بر قابلیت عملی این فناوری در شرایط واقعیتر.
اما پرواز دادن ماهوارهها در چنین نزدیکیای خود چالشی بزرگ است. در ارتفاع تقریبی ۶۵۰ کیلومتری از سطح زمین، ماهوارههایی که کمتر از یک کیلومتر از هم فاصله دارند، باید با مدیریت مداری بسیار دقیق کنترل شوند. برای درک پویایی این آرایش فشرده، مهندسان گوگل شبیهسازیهای فیزیکی پیشرفتهای انجام دادهاند تا تأثیر نیروهای غیرگرانشی زمین و مقاومت جو بالایی را بر پایداری مدارها بررسی کنند. نتایج مدلسازیها نشان میدهد که برای حفظ پایداری چنین آرایشهایی، تنها به مقداری اندک از مانورهای اصلاح مدار نیاز است، که این امر اجرای پروژه را از نظر فنی امکانپذیر میکند.
ماهوارههایی که برای عملیات مراکز داده در مدار قرار میگیرند، باید در ارتفاع پایین فعالیت کنند و به همین دلیل نیازمند کنترل دقیق مداری خواهند بود.
(اعتبار تصویر: ناسا / آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جانز هاپکینز)
نکتهای جالب و حتی شگفتانگیز در این میان، مقاومت بالای پردازندههای TPU گوگل در برابر شرایط سخت فضاست. آزمایشها بر روی نسل ششم تراشههای Trillium v6e Cloud TPU نشان دادهاند که این تراشهها میتوانند در برابر دوزهای تابشی تجمعی سه برابر بیشتر از مقدار پیشبینیشده برای مأموریت پنجساله بدون بروز اختلال جدی مقاومت کنند. در حالیکه سیستمهای حافظه با پهنای باند بالا (HBM) بیشترین حساسیت را نشان دادهاند، اما حتی آنها نیز تنها پس از دوزی حدود ۲ کیلوراد دچار مشکلاتی شدند، که این مقدار بسیار بالاتر از ۷۵۰ راد مورد انتظار برای مأموریت پنجسالهای با سپر حفاظتی مناسب است.
البته همه این پیشرفتها تنها زمانی معنا پیدا میکند که هزینههای پرتاب به فضا همچنان روند نزولی خود را ادامه دهند. تحلیل اقتصادی گوگل نشان میدهد که اگر فناوریهای پرتاب در دهه ۲۰۳۰ میلادی بهبود یابند، هزینه ارسال محمولهها به مدار پایین زمین ممکن است به کمتر از ۲۰۰ دلار برای هر کیلوگرم کاهش یابد. در این صورت، راهاندازی و بهرهبرداری از یک مرکز داده فضایی از نظر هزینه، با تأمین انرژی یک مرکز داده زمینی معادل میشود.
چنین تحولی میتواند مفهوم رایانش ابری و زیرساختهای هوش مصنوعی را بهکلی دگرگون کند. در فضا، دسترسی تقریباً نامحدود به انرژی خورشیدی، عدم نیاز به سیستمهای خنککننده سنگین، و آزادی از محدودیتهای زیستمحیطی زمین، ترکیبی آرمانی برای پردازشهای سنگین هوش مصنوعی فراهم میکند. در مقابل، چالشهایی همچون تأخیر زمانی در ارتباط با زمین، ریسکهای ناشی از تشعشعات کیهانی و پایداری سختافزار در محیطهای خلأ هنوز پابرجا هستند و نیاز به پژوهشهای گستردهتری دارند.
اگر پروژه سانکچر موفق شود، گوگل میتواند اولین زیرساخت رایانش فضایی در جهان را ایجاد کند؛ شبکهای از هزاران ماهواره کوچک که بهصورت هماهنگ پردازش دادهها را انجام میدهند، مدلهای یادگیری عمیق را آموزش میدهند، و شاید حتی شبکههای عصبی عظیمی را مدیریت کنند که قدرت محاسباتی آنها از هر مرکز دادهای روی زمین فراتر رود.
در نهایت، مأموریت سانکچر نه فقط تلاشی برای بهرهگیری از انرژی خورشیدی در فضا، بلکه گامی بلند در مسیر یکپارچهسازی انرژی، محاسبات و فناوری فضایی است. گوگل میخواهد ثابت کند که آینده هوش مصنوعی لزوماً بر روی زمین محدود نمیشود — بلکه میتواند در مدار زمین، در آغوش نور بیپایان خورشید، شکل بگیرد و رشد کند.