De maatschappij, netcongestie en beperkte fysieke ruimte beperken het draagvlak voor datacenters. Verschillende techreuzen en startups mikken op succes in andere sferen: de ruimte. Wat als IT-infrastructuur, en zelfs de opmars van de AI, zich buiten de dampkring beweegt?
Amazon-oprichter Jeff Bezos voorspelde in oktober dat een gigawatt-schaal datacenter op zonne-energie binnen 10 tot 20 jaar een realiteit zou zijn. Tijdens het World Economic Forum in Davos bleek Elon Musk deze week ambitieuzer: AI-datacenters in de ‘final frontier’ zouden al binnen twee à drie jaar mogelijk zijn. Google is tevens van plan haar TPU-chips in te zetten in een baan om de aarde met Project Suncatcher. Daarnaast werken startups als Starcloud en Planet aan rekenkracht in de ruimte. Naast gedachtenspinsels van tech-CEO’s zijn er dus ook werkelijk teams bezig met het verwezenlijken van deze nieuwe innovatie. Daar zijn genoeg beweegredenen voor, zelfs met aanzienlijke uitdagingen die de ambitieuze tijdlijn van Musk minder reëel maken dan de voorspelling van Bezos.
Vruchtbare bodem
De gedachtesprong om racks de ruimte te laten bereiken, is kleiner dan deze lijkt. Allereerst geldt het klassieke voorbeeld van de International Space Station (ISS). Sinds 2021 draait er op dit ruimtestation de HPE Spaceborne Computer (SBC-2) dat data verwerkt en de resultaten hiervan uploadt naar systemen op aarde. Andere controlemechanismen draaien nog veelal op oude Intel Pentium- of 386-systemen, een bewijs dat chips zich kunnen verweren tegen decennia aan straling. Daarnaast laat de constellatie aan Starlink-satellieten zien dat ook het internet op vrij betrouwbare wijze te vertalen is naar het inktzwarte vacuüm. De stap naar geavanceerdere hardware is zo groot nog niet.
Twee andere voordelen vertrouwen op wetmatigheden. Allereerst de lanceerprijzen. Travis Beals, Senior Director, Paradigms of Intelligence bij Google, stelt dat een kilo de ruimte in schieten ergens in de jaren ’30 minder dan 200 dollar zal gaan kosten. SpaceX rekent een prijs van enkele duizenden dollars voor een eenmalige trip van een kilogram naar Low Earth Orbit (LEO), waar de beoogde IT-hardware terecht zou moeten komen. Dat is al een wereld van verschil ten opzichte van het einde van de twintigste eeuw, toen er nog tienduizenden dollars neergeteld moesten worden voor diezelfde hoeveelheid via bijvoorbeeld de Space Shuttle.
De voornaamste reden om IT-hardware in een baan om de aarde te schieten, is door deze in een polaire baan om de aarde te brengen. Op honderden kilometers afstand van de aardbodem kan apparatuur in deze configuratie te allen tijde zonne-energie ontvangen. Dat voordeel is bovenop de efficiëntiewinst van zonnecellen in direct zonlicht in het vacuüm tegenover cellen op aarde, waarvan de opbrengst daalt door absorptie van zonne-energie door de atmosfeer en weersomstandigheden. Die voordelen zijn vanzelfsprekend weinig waard als de kosten astronomisch blijven. Maar: met een geleidelijke daling in de lanceerkosten komt het moment waarop die voordelen rendabel zijn, steeds dichterbij.
Back to Earth
De voordelen vergen uitleg maar zijn onmiskenbaar. De potentiële nadelen zijn een stuk eenvoudiger te vinden. Allereerst is de fysieke apparatuur onbereikbaar voor de gebruikelijke technici die een datacenter actief houden. Ten tweede is het risico van een mislukte lancering relatief enorm: een vrachtwagen of containerschip gevuld met AI-chips kent niet dezelfde neiging om plotseling uit elkaar te spatten als de gemiddelde raket. Nu daalt dit risico voortdurend en is een veilige toekomst voor ruimtevaart zeker denkbaar. Maar het feit blijft dat de IT-hardware moet opereren in allesbehalve vredelievende omstandigheden. Voortdurende straling, extreme temperaturen, een gebrek aan lucht om hitte gemakkelijk af te wenden; het is een greep uit de voor de hand liggende, bekende problemen die datacenters in de ruimte tegenkomen.
Een ander probleem is de fundamentele opzet van IT-hardware in dit nieuwe domein. Hier is er ruimte voor creativiteit. Denk aan de constellatie aan Google-satellieten die Travis Beals en zijn onderzoeksteam voor ogen heeft. Hierbij communiceren nodes op optische basis, ofwel via lichtsignalen. Optische communicatie is zo snel als de snelheid van het licht toestaat. Binnen de 100-200 meter die de Google-satellieten als afstand tussen elkaar kennen, is deze communicatie feitelijk direct. De verbinding met de aarde is ondertussen te meten in tientallen milliseconden, zoals Starlink laat zien.
Het lijkt alsof koeling geen probleem moet zijn in de ruimte, maar niets is minder waar. Omdat alle koeling loopt via straling, zijn grote oppervlakken nodig om de hitte te verspreiden. De AI-chips van vandaag de dag hebben al gauw meer dan een kilowatt nodig aan energie. Die energie wordt hitte, en die hitte moet van de chip weg voordat het de prestaties drukt. De maximale temperatuur voor halfgeleiders reikt doorgaans niet verder dan circa 100 graden Celsius, en idealiter draaien chips op veel lagere temperaturenvoor de meest consistente prestaties. Nu is koeling op basis van straling relatief traag vergeleken met lucht- en waterkoeling. Een liquid cooling-oplossing mee de ruimte in sturen betekent dat er veel zwakke plekken zijn en onderhoud, dat in de ruimte al een hels karwei is, is hierbij vereist. Ook is vloeistof weer extra gewicht om de lucht in te krijgen, dat de economische propositie onaantrekkelijker maakt.
Conclusie: toekomstmuziek, maar er is een deuntje te horen
De toekomst van het datacenter bevindt zich niet alleen op aarde. Daar kunnen we wel vanuit gaan doordat de voormannen van SpaceX (Elon Musk) en Blue Origin (Jeff Bezos) naast hun ruimtevaart- tevens techbedrijven leiden. Zij zullen net als Google mikken op innovatieve oplossingen die de uitdagingen van de ruimte uittesten. Op schaal een AI-rekencluster bouwen is vooralsnog veel te duur om een zinnige investering te zijn. Daarnaast zijn de meest geavanceerde chips na twee jaar alweer vervangen door sterkere presteerders. De precieze workload voor AI verandert eveneens nog steeds: welke configuratie is het waard om geruime tijd op grote afstand te draaien?
Zodra die puzzels gelegd zijn, is een geleidelijke uitbouw van ‘space-based compute’ voor de hand liggend. Het zal de druk op de maatschappij, het energienet en de grond mogelijk niet laten afnemen, maar wel een uitweg bieden voor verdere explosieve groei.
Lees ook: Musk en Bezos starten race om datacenters in de ruimte