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谷歌 Suncatcher 项目将 ML 基础设施部署至太空 -- Google’s Project Suncatcher to put ML infrastructure in space

经过多年研究,捕日者计划(Project Suncatcher)将开展首次在轨测试,发射原型卫星评估谷歌(Google)张量处理单元(Tensor Processing Units, TPUs)在太空的表现。该计划去年宣布,是一项长期研究登月工程,探索太空能否承载可扩展机器学习基础设施。在近地轨道,卫星可获得近乎恒定阳光,发电量比地球多最多8倍。最终或能连接多个卫星星座协同管理计算。

正文

经过多年研究,Project Suncatcher 计划进行首次在轨测试,发射一颗原型卫星,评估 Google TPU 在太空中的表现。

Project Suncatcher 于去年宣布,是一个长期研究登月项目,探索太空有朝一日能否承载可扩展的机器学习基础设施。在低地球轨道,卫星可以接收到近乎持续的阳光,太阳能发电量最高可达地球上的八倍。最终,或许能把多个卫星星座连接起来,让它们在轨处理更大规模的 AI 工作负载。

重大突破往往始于从终点倒推。这里的终点,是确保 AI 在医疗、科学发现等关键领域的深远益处能惠及每个人,并延续到遥远的未来。正如自动驾驶和量子计算的早期研究需要多年实验才走向实用系统,探索太空算力也要从审慎、有步骤的行动开始。

把想法变成现实,先要回答一个基本问题:我们的 AI 硬件能在太空运行吗?这次初始任务搭载 SpaceX 即将执行的 Transporter-18 拼车任务,与 Planet 合作开发,目的是收集在轨数据,了解 TPU 如何应对太空飞行的物理压力,以及太空的辐射与极端温度。

在为早期测试发射和 2027 年下一个里程碑做准备的同时,Project Suncatcher 团队在新推出的视频系列中讨论了希望了解的内容和前方工程难题。

硬件能否存活

火箭飞入低地球轨道约需 10 分钟,其间航天器要承受剧烈振动和持续加速度,最高可达 10 倍重力加速度。TPU 芯片等单个部件承受的力更大,可达 50 到 100 g。团队通过在三轴方向剧烈摇晃卫星来模拟火箭发射频率,进行振动测试。这类测试很少按计划顺利推进,硬件能扛住这些力,让人颇感意外。

TPU 芯片进入太空后,大气层外的辐射水平是另一道难关。太阳活动和宇宙射线会严重干扰电子设备,团队在加州大学戴维斯分校 Crocker 核实验室的质子束设施中,一边运行 AI 工作负载一边测试 TPU。测试期间密切观察位翻转等错误如何影响负载。初步结果显示,Trillium TPU 表现相当出色,能承受的总电离剂量超过五年太空任务所受的辐射量。

但有些事只能在太空验证。下周把第一批 TPU 送入轨道,将帮助我们获取数据和经验,为未来发射提供参考。

太空冷却

冷却轨道数据中心是一项关键研究挑战。TPU 会在很小区域内产生大量热量,必须安全散发,否则芯片有 overheating 风险。但太空中没有气流。在真空里,只能通过辐射器散热,这需要完全不同的电子设备冷却思路。

我们正在研究多种方案,包括用热管和辐射器组合来冷却芯片。团队已在模拟太空热与真空环境的热真空舱中测试了相关技术。接下来将观察新 TPU 冷却系统在太空中的表现,并随了解深入不断改进设计。

卫星互联

未来的卫星设计将各自搭载数十块 TPU,成簇绕地球运行。为维持处理 AI 所需的带宽,每颗卫星都必须知道自身位置以及相对于邻近卫星的位置。为此,卫星将通过激光通信。

太空中的相关技术已经存在,但多数最先进系统针对远距离低带宽优化,而我们的激光需要在极短距离内实现极高带宽。维持必要连接需要极高精度,好比在相距数英里的两个移动点上击中一枚硬币大小的目标。我们将在 2027 年把两颗卫星送入轨道,测试这方面的工作。

这只是开始

把太空探索为可扩展 AI 算力的可行地点,不会一蹴而就。这需要有条不紊的工程推进,首先要证明硬件能应对在轨运行的物理条件和难以预测的现实。首次发射的意义在于看清哪些可行、找出故障点,并把发现用于未来任务。

Google 打造的每一项变革性技术都始于一个大胆目标,以及一路倒推解决难题的纪律。随着最新登月项目走向发射台,团队很期待分享所学到的东西,以及推动这项工作前行的科学。

评论

社区普遍质疑太空数据中心在散热、硬件维护与带宽上的可行性,同时以讽刺态度对比地面审批的繁琐与太空的相对自由,少数人指出其军事意图或 SpaceX 的垄断潜力。

质疑太空数据中心的运维与技术可行性

  • 多个评论提出散热、硬盘故障、手动更换硬件、内存泄漏调试及轨道带宽延迟等难题无解,认为经济与环境不现实(较多人) > 想象在轨道服务器上排查内存泄漏,值班寻呼机变得可怕得多(@brinepot)

认为轨道数据中心核心意图是军事而非民用

  • 指出处理太空传感器输出、降低对地面资产延迟才是目的,军事资产不在乎运维成本和更换频率,且多国已在推进(少数人) > 轨道数据中心的意图是军事的,为处理太空传感器输出并降低延迟,军事资产不在乎运维和成本(@porridgeraisin)

认为地面管制与公众干扰使太空反成相对优势

  • 地面县委会许可流程比发射还贵,或太空能避开民众抗议破坏,虽物理经济差却有独特好处(较多人) > 把数据中心发射到太空竟比通过县委会许可流程便宜,这有点疯狂(@ForHackernews)

若经济可行则 SpaceX 将获垄断优势

  • SpaceX 在发射与卫星制造领先十年,若太空数据中心证明可行将无人能追(少数人) > 若太空数据中心可行,SpaceX在发射和卫星制造领先十年无人能及(@GMoromisato)

提出格陵兰等地面替代方案

  • 质疑为何不利用格陵兰地热、寒冷和空地建数据中心,比太空更合理(少数人)

调侃谷歌项目难逃被砍命运

  • 社区以谷歌历史项目多夭折调侃此 moonshot 命名混淆及五年下马预期(少数人,纯玩笑代表情绪) > 期待五年内此项目出现在谷歌杀项目名单中(@fen_wick)

有价值的补充

  • 初创公司 Starcloud 已发布白皮书并发射概念验证卫星,解释硬件与经济性(@kin)
  • Alphabet 持有 SpaceX 约 4%–6% 股份,价值约 941 亿美元,双方利益关联(@nova22033)
  • 历史上有休斯 Glomar Explorer 商业项目实为 CIA 打捞苏联潜艇的先例,太空计算与军事信号情报需求重叠(@neuronexmachina)
  • 需注意 Project Suncatcher 与 Reflect Orbital 的 FCC 批准太空镜子项目区分(@ChrisArchitect)
  • 轨道太阳能板效率据称可达地面 8 倍,但具体数学未详述引发疑问(@sanj)