يمكن لمراكز البيانات الفضائية أن تعمل على تشغيل الذكاء الاصطناعي بالطاقة الشمسية، ولكن مقابل تكلفة

مراكز البيانات في الفضاء ليست جامحة كما تبدو

بقلم جيريمي هسو حرره اريك سوليفان

إذا سمعت وادي السيليكون يقول ذلك، فإن الذكاء الاصطناعي يفوق حجم الكوكب الذي ولد فيه. وسوف تمثل مراكز البيانات ما يقرب من نصف نمو الطلب على الكهرباء في الولايات المتحدة من الآن وحتى عام 2030، ومن الممكن أن تتضاعف متطلباتها العالمية من الطاقة بحلول نهاية هذا العقد مع قيام الشركات بتدريب نماذج أكبر للذكاء الاصطناعي. وقد بدأ المسؤولون المحليون في رفض الموافقة على مزارع الخوادم الجديدة التي تبتلع الأرض وتجهد شبكات الكهرباء وتبتلع مياه التبريد. يتحدث بعض المديرين التنفيذيين في مجال التكنولوجيا الآن عن وضع الخوادم في الفضاء كوسيلة للهروب من المعارك التي تسمح لهم بذلك.

يمكن أن تعمل مراكز البيانات المدارية على طاقة شمسية غير محدودة عمليا دون انقطاع بسبب السماء الملبدة بالغيوم أو ظلام الليل. إذا أصبح الاستمرار في بناء مزارع خوادم أكبر على الأرض أكثر صعوبة، كما تقول الفكرة، فربما يكون الحل هو نقل بعض أكثر أجهزة الحوسبة المتعطشة للطاقة إلى الفضاء. لكن مراكز البيانات المدارية هذه لن تصبح فعالة من حيث التكلفة ما لم تنخفض تكاليف إطلاق الصواريخ بشكل كبير، ويحذر خبراء مستقلون من أنها قد تؤدي في نهاية المطاف إلى تأثيرات بيئية ومناخية أكبر من نظيراتها الأرضية.

في أوائل نوفمبر، أعلنت شركة جوجل عن مشروع Suncatcher، الذي يهدف إلى إطلاق مجموعات من الأقمار الصناعية التي تعمل بالطاقة الشمسية وتحمل رقائق الذكاء الاصطناعي المتخصصة، مع مهمة توضيحية مخطط لها في عام 2027. وفي الوقت نفسه تقريبًا، احتفلت شركة Starcloud الناشئة بإطلاق قمر صناعي يبلغ وزنه 60 كيلوغرامًا مزودًا بوحدة معالجة الرسوميات NVIDIA H100 كمقدمة لمركز بيانات مداري من المتوقع أن يتطلب خمسة جيجاوات من الطاقة الكهربائية بحلول عام 2035.

حول دعم الصحافة العلمية

إذا كنت تستمتع بهذا المقال، ففكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.

يعد هذان المجهودان جزءًا من موجة أوسع من المفاهيم التي تنقل بعض الحوسبة إلى خارج الكوكب. بدأت الصين في إطلاق مركبة فضائية لكوكبة “مركز بيانات الفضاء” في شينغشيداي، ويدرس الاتحاد الأوروبي أفكارًا مماثلة في إطار مشروع يعرف باسم “أسيند”.

يقول بنجامين لي، مهندس الكمبيوتر والمهندس في جامعة بنسلفانيا: “ستستفيد مراكز البيانات المدارية من الطاقة الشمسية المستمرة، التي تولدها مصفوفات من الخلايا الكهروضوئية”. “وهذا يمكن أن يحل التحديات طويلة الأمد حول تشغيل حسابات مركز البيانات بطريقة فعالة من حيث الكربون.” تتصور معظم المقترحات مراكز البيانات المدارية التي ستكون في مدار متزامن مع الشمس من الفجر إلى الغسق يتماشى مع الحدود بين النهار والليل على الأرض بحيث تتلقى ألواحها الشمسية ضوء الشمس المستمر تقريبًا وتكتسب ميزة الكفاءة خارج الغلاف الجوي للأرض.

لكن نفس الفيزياء التي تجعل مراكز البيانات المدارية جذابة تفرض أيضًا مشكلات هندسية جديدة، كما يقول لي. يجب حماية أجهزة الكمبيوتر الخاصة بهم من الإشعاع العالي، إما من خلال الحماية أو برامج تصحيح الأخطاء. للتبريد، تحتاج المنصات المدارية إلى مشعات كبيرة يمكنها تفريغ الحرارة في فراغ الفضاء، مما يضيف كتلة كبيرة يجب إطلاقها على الصواريخ.

تتصادم كل هذه الخطط في النهاية مع عائق واحد عنيد: إرسال الأجهزة إلى الفضاء. تشكل تكاليف إطلاق الصواريخ وحدها تحديًا كبيرًا لبناء مراكز بيانات مدارية كبيرة، ناهيك عن الحاجة إلى استبدال الرقائق الموجودة على متن الصاروخ كل خمس إلى ست سنوات. يقول لي: “تنخفض تكاليف الإطلاق مع الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام، لكننا سنظل بحاجة إلى عدد كبير جدًا من عمليات الإطلاق لبناء مراكز بيانات مدارية قادرة على المنافسة مع تلك الموجودة على الأرض”. ويقدر فريق Google Suncatcher أن تكاليف الإقلاع يجب أن تنخفض إلى أقل من 200 دولار للكيلوغرام الواحد بحلول عام 2035 حتى تصبح رؤيتهم منطقية.

وحتى لو أصبحت مراكز البيانات المدارية مجدية اقتصاديًا، فقد تفرض تكاليف استدامة إضافية على العالم. تقدر شركة Starcloud أن مركز البيانات الفضائي الذي يعمل بالطاقة الشمسية يمكن أن يحقق انبعاثات كربون أقل بمقدار 10 مرات مقارنة بمركز البيانات الأرضي الذي يعمل بمولدات الغاز الطبيعي. لكن الباحثين في جامعة سارلاند في ألمانيا، الذين نشروا بحثًا بعنوان “أجزاء قذرة في مدار أرضي منخفض”، حسبوا أن مركز البيانات المداري الذي يعمل بالطاقة الشمسية لا يزال بإمكانه إنشاء انبعاثات أكبر بكثير من مركز البيانات على الأرض، مع الأخذ في الاعتبار الانبعاثات الناتجة عن إطلاق الصواريخ وإعادة دخول مكونات المركبات الفضائية عبر الغلاف الجوي. يقول أندرياس شميدت، عالم الكمبيوتر في جامعة سارلاند والمؤلف المشارك في الدراسة، إن معظم هذه الانبعاثات الإضافية تأتي من حرق مراحل الصواريخ والأجهزة عند العودة إلى الغلاف الجوي. تشكل هذه العملية ملوثات يمكن أن تزيد من استنفاد طبقة الأوزون الواقية للأرض.

علماء الفلك لديهم مخاوفهم الخاصة. يقول جونستون إن المدار المثالي المتزامن مع الشمس لن يؤدي إلا إلى جعل مراكز البيانات المدارية مرئية في سماء الليل عند الفجر أو الغسق. لكن سامانثا لولر، عالمة الفلك بجامعة ريجينا في ساسكاتشوان، تشير إلى أن بعض المراقبين يعتمدون على الشفق للبحث عن الكويكبات القريبة من الأرض، كما أنها تشعر بالقلق من أي مركز بيانات مداري به مجموعة من الألواح الشمسية متعددة الكيلومترات. وتخشى أيضًا أن تؤدي مثل هذه المشاريع إلى تفاقم مشكلة النفايات الفضائية المتزايدة، حيث يتم إطلاق المزيد من الأجهزة وسقوط المزيد من الحطام والشظايا عبر الغلاف الجوي. وتقول: “هناك الكثير من التلوث الناتج عن عمليات إعادة الدخول بالفعل، كما تصطدم القطع بالأرض”.

في الوقت الحالي، تعد مراكز البيانات المدارية في الغالب مجرد فكرة، وحفنة من النماذج الأولية الصغيرة ومجموعة من مجموعات الشرائح الطموحة. إن الفيزياء الأساسية لضوء الشمس شبه الثابت في المدار حقيقية، وتكاليف الإطلاق تتحرك في الاتجاه المطلوب. لكن الأسئلة البيئية والفلكية والتنظيمية ملحة. سيتعين على العالم أن يقرر ما إذا كان إرسال الأجهزة إلى الفضاء يعد وسيلة ذكية لتشغيل الذكاء الاصطناعي أم مجرد وسيلة لإبعاد آثاره الجانبية عن الأنظار.

حان الوقت للدفاع عن العلم

إذا استمتعت بهذا المقال، أود أن أطلب دعمكم. العلمية الأمريكية لقد عمل كمدافع عن العلوم والصناعة لمدة 180 عامًا، وربما تكون اللحظة الحالية هي اللحظة الأكثر أهمية في تاريخ القرنين.

لقد كنت العلمية الأمريكية مشترك منذ أن كان عمري 12 عامًا، وقد ساعد ذلك في تشكيل الطريقة التي أنظر بها إلى العالم. SciAm يثقفني ويسعدني دائمًا، ويلهمني شعورًا بالرهبة تجاه عالمنا الواسع والجميل. وآمل أن يفعل ذلك بالنسبة لك أيضا.

إذا كنت الاشتراك في العلمية الأمريكيةأنت تساعد في ضمان أن تغطيتنا تركز على البحث والاكتشاف الهادف؛ وأن لدينا الموارد اللازمة للإبلاغ عن القرارات التي تهدد المختبرات في جميع أنحاء الولايات المتحدة؛ وأننا ندعم العلماء الناشئين والعاملين على حد سواء في وقت لا يتم فيه الاعتراف بقيمة العلم نفسه في كثير من الأحيان.

وفي المقابل، تحصل على الأخبار الأساسية، ملفات بودكاست آسرة، ورسوم بيانية رائعة، لا يمكنك تفويت النشرات الإخبارية ومقاطع الفيديو التي يجب مشاهدتها، ألعاب التحدي، وأفضل الكتابة والتقارير في عالم العلوم. يمكنك حتى إهداء شخص ما اشتراكًا.

لم يكن هناك وقت أكثر أهمية بالنسبة لنا للوقوف وإظهار أهمية العلم. آمل أن تدعمونا في تلك المهمة.