更高的需求將導致更大的數據中心消耗大量電力。根據《麻省理工學院技術評論》，到 2028 年，僅人工智能每年的耗電量就相當于美國所有家庭的 22%。冷卻也是一個問題，通常需要獲得大量的水資源，這引發了有關環境可持續性的重要問題。

谷歌正在展望天空以避免潛在的瓶頸。太空中的衛星可以獲得無限的可再生能源供應和整個宇宙來吸收熱量。

“如果你想想地球上的數據中心，它會吸收電力并散發熱量，”比爾斯說。“對我們來說，衛星也在做同樣的事情。衛星將配備太陽能電池板......他們將把這種電力提供給 TPU，以執行我們需要它們做的任何計算，然后 TPU 的廢熱將通過散熱器分布出去，然后散熱器將熱量輻射到太空中。

谷歌設想將一大批衛星送入一種特殊的軌道，沿著晝夜終結者行駛，在那里陽光與黑暗相遇。這條南北或極地軌道將與太陽同步，使衛星的發電太陽能電池板能夠持續沐浴在陽光下。

“它甚至比地球上正午的太陽要亮得多，因為它沒有被地球大氣層過濾，”比爾斯說。

這意味著太空中的太陽能電池板可以產生比地面相同收集區域多八倍的電力，而且您不需要大量電池來為夜間儲備電力。這聽起來像是天基太陽能的論點，艾薩克·阿西莫夫 （Isaac Asimov） 在 1941 年出版的短篇小說《理性》中首次描述了這一想法。但是，軌道數據中心不會將電力傳輸到地球以供地面使用，而是利用太空中的電源。

“與許多事情一樣，這些想法起源于科幻小說，但它面臨著許多挑戰，其中一個很大的挑戰是，你如何讓電力進入地球？”比爾斯說。“因此，我們沒有試圖弄清楚這一點，而是開始了這個大膽創新計劃，將 [機器學習] 計算芯片帶入太空，將它們放在具有太陽能電池板和散熱器冷卻的衛星上，然后將它們集成在一起，這樣你實際上就不必在地球上供電。”

谷歌雄心勃勃的大膽創新計劃項目的記錄好壞參半。自動駕駛汽車套件開發商 Waymo 是最著名的大膽創新計劃畢業生之一，該公司于 2016 年分拆成立一家獨立公司，現已投入運營。從高空氣球發射互聯網信號的 Project Loon 計劃是谷歌未能成功的登月計劃之一。

Ars 上周發表了兩篇關于天基數據中心前景的報道。該領域的初創公司之一名為 Starcloud，正在與全球市值最大的科技公司 Nvidia 合作，建造一個 5 吉瓦的軌道數據中心，配備寬長約 4 公里（2.5 英里）的巨大太陽能和冷卻電池板。針對這一報道，埃隆·馬斯克表示，SpaceX 正在尋求同樣的商機，但沒有提供任何細節。值得注意的是，谷歌估計持有 SpaceX 7% 的股份。

人數優勢

谷歌提出的架構與 Starcloud 和 Nvidia 的架構有一個重要的不同。谷歌不想只建立一個或幾個大型計算節點，而是希望發射一組通過激光數據鏈相互通信的小型衛星。從本質上講，衛星群將充當單個數據中心，使用光速互連來聚合我們頭頂數百英里的計算能力。

如果這聽起來難以置信，請花點時間想想公司今天已經在太空領域做了什么。SpaceX 每周定期發射 100 多顆星鏈衛星，每顆衛星都使用激光星間鏈路在全球范圍內反射互聯網信號。亞馬遜的柯伊伯衛星寬帶網絡也使用類似的技術，激光通信將支撐美國太空軍的下一代數據中繼星座。

正如 Nvidia 和 Starcloud 所預見的那樣，在軌道上自主建造數英里長的結構將釋放出難以想象的機會。這個概念還依賴于從未在太空中測試過的技術，但有很多工程師和投資者想要嘗試。Starcloud 上周宣布與一家新的太空組裝公司 Rendezvous Robotics 達成協議，探索使用模塊化、自主組裝來構建 Starcloud 的數據中心。

谷歌的研究論文描述了一個由 81 顆衛星組成的未來計算星座，這些衛星在大約 400 英里（650 公里）的高度飛行，但比爾斯表示，該公司可以根據市場需求將總星群規模調整到盡可能多的航天器。據谷歌稱，這種架構可以實現太瓦級軌道數據中心。

“我們實際設想的是，隨著規模的擴大，你可能會有許多集群，”比爾斯說。

無論數量多少，衛星都將使用光纖衛星間鏈路相互通信，以實現高速、低延遲的連接。衛星需要以緊密的編隊飛行，也許相距幾百英尺，蜂群直徑略多于一英里，即約 2 公里。谷歌表示，其基于物理的模型表明，衛星可以使用自動化和“合理的推進預算”在如此近的距離內保持穩定的編隊。

“如果你正在做一些需要在許多 TPU 之間進行大量緊密協調的事情——尤其是訓練——你希望鏈路具有盡可能低的延遲和盡可能高的帶寬，”比爾斯說。“對于延遲，你會遇到光速，所以你需要讓東西靠近以減少延遲。但將事物靠近也有助于帶寬。

一些機器學習應用可以僅在一顆中等大小的衛星上使用 TPU 來完成，而其他應用可能需要連接在一起的多個航天器的處理能力。

“你也許能夠將較小的工作放入一顆衛星中。在這種方法中，你可能可以用一顆衛星或少量衛星來處理大量推理工作負載，但最終，如果你想運行更大的作業，你可能需要一個更大的集群，像這樣聯網在一起，“比爾斯說。

據比爾斯稱，谷歌已經在 Suncatcher 項目上工作了一年多。在地面測試中，工程師在 67 MeV 質子束下測試了谷歌的 TPU，以模擬芯片在軌道上五年內看到的總電離輻射劑量。現在，是時候展示谷歌的人工智能芯片了，Suncatcher 計劃所需的其他一切都將在真實環境中實際運行。

谷歌正在與地球成像公司 Planet 合作開發一對小型原型衛星，將于 2027 年初發射。Planet 建造自己的衛星，因此谷歌利用它來制造每艘航天器、測試它們并安排發射。谷歌的母公司 Alphabet 也擁有 Planet 的股權。

“我們有 TPU 和相關硬件、計算負載......我們正在將其帶到 Planet，“比爾斯說。“對于這個原型任務，我們真的要求他們盡一切努力幫助我們做好在太空中運行的準備。”

比爾斯拒絕透露定于 2027 年推出的演示將花費多少，但表示谷歌正在為其在任務中的作用支付 Planet 費用。演示任務的目標是展示天基計算是否是一個可行的企業。

“它真的像我們想象的那樣，像我們在地球上測試的方式那樣在太空中站穩腳跟嗎？”比爾斯說。

工程師將測試衛星間激光鏈路，并驗證谷歌的人工智能芯片能否經受住太空飛行的嚴酷考驗。

“我們設想通過建造大量衛星并將它們與超高帶寬衛星間鏈路連接在一起來擴大規模，”比爾斯說。“這就是為什么我們要發射一對衛星，因為這樣我們就可以測試衛星之間的鏈接。”

將所有這些數據提供給實地用戶是另一個挑戰。光數據鏈還可以在軌道上的衛星和地球上的地面站之間路由大量數據。

除了技術可行性之外，長期以來，部署大型衛星星座還存在經濟障礙。但 SpaceX 在其 Starlink 寬帶網絡方面的經驗證明了時代已經變了。

谷歌認為，當 SpaceX 的星艦火箭上線時，經濟方程式即將再次改變。該公司的學習曲線分析顯示，假設 Starship 屆時每年飛行約 200 次，到 2035 年左右，發射價格可能會降至每公斤 180 美元以下。這遠低于 SpaceX 對 Starship 的既定發射目標，但與 SpaceX 其主力獵鷹 9 號火箭的成熟飛行速度相當。

如果 SpaceX、Nvidia 和其他公司加入谷歌的天基計算競賽，發射成本可能會面臨更大的下行壓力。進入太空的需求曲線可能只會被世界對人工智能的需求所掩蓋。

比爾斯說：“在太空中做有趣、令人興奮的事情的人越多，發射方面的投資就越多，從長遠來看，這可能有助于降低發射成本。“因此，很高興看到對太空供應鏈和價值鏈其他部分的投資。有很多不同的方法可以做到這一點。