ศูนย์ข้อมูลบนอวกาศใกล้แค่ไหน? Google ชี้ Starship อาจต้องบินเกือบ 1,800 เที่ยว

Google เริ่มทดสอบชิปเอไอบนวงโคจร

ดาวเทียมต้นแบบสำหรับประมวลผลข้อมูลในวงโคจรของ Google ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศจากรัฐแคลิฟอร์เนียด้วยจรวดของ SpaceX นี่เป็นครั้งแรกที่บริษัทนำชิปประมวลผลขั้นสูงของตนเองขึ้นไปทดสอบในอวกาศโดยตรง

ดาวเทียมนี้สร้างโดย Planet Labs และติดตั้งหน่วยประมวลผลเทนเซอร์ หรือ TPU ซึ่งเป็นชิปที่ Google พัฒนาขึ้นเพื่อเร่งการทำงานด้านปัญญาประดิษฐ์ คล้ายกับชิปกราฟิกของ Nvidia ที่ใช้ประมวลผลข้อมูลจำนวนมาก แต่การนำชิปไปใช้ในอวกาศต้องทดสอบมากกว่าแค่ความเร็ว เพราะต้องจัดการทั้งพลังงาน ความร้อน และรังสี

การทดสอบบนโลกช่วยให้เข้าใจระบบได้มาก แต่ไม่มีการทดลองใดเหมือนการนำอุปกรณ์ไปทำงานจริงในอวกาศทุกประการ >— ทราวิส บีลส์ ผู้บริหาร Google ซึ่งดูแลโครงการซันแคตเชอร์

การทดลองต้องรับมือกับข้อจำกัดจริง

การเปิดใช้งานชิปต้องใช้พลังงานในระดับกิโลวัตต์ และต้องมีระบบระบายความร้อนที่เหมาะสม ขณะที่ดาวเทียมมีพื้นที่และแหล่งพลังงานจำกัด ต่างจากศูนย์ข้อมูลบนโลกที่สามารถเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าและติดตั้งระบบทำความเย็นขนาดใหญ่ได้

หลังจากเริ่มปฏิบัติการ ดาวเทียมจะเปิด TPU ทำงานครั้งละประมาณ 15 นาที เพื่อไม่ให้ระบบจ่ายไฟและจัดการความร้อนรับภาระหนักเกินไป ระหว่างนั้นทีมงานจะทดลองใช้งานแบบจำลองต่าง ๆ เพื่อตรวจสอบว่าชิปและอุปกรณ์โดยรอบทำงานผิดพลาดหรือไม่

จากดาวเทียมทดลองสู่เครือข่ายประมวลผล

ดาวเทียมเที่ยวนี้อาศัยแพลตฟอร์มมาตรฐานของ Planet Labs จึงยังไม่ใช่แบบจำลองสุดท้ายสำหรับสร้างศูนย์ข้อมูลในอวกาศ อย่างไรก็ตาม Google และ Planet Labs กำลังพัฒนาดาวเทียมสาธิตรุ่นใหม่ ซึ่งคาดว่าจะส่งขึ้นไปในปีหน้า และออกแบบให้เหมาะกับการประมวลผลขั้นสูงโดยเฉพาะ

แผนดังกล่าวจะทดสอบดาวเทียม สองดวง ที่ทำงานประสานกันผ่านการสื่อสารด้วยเลเซอร์ หรือการส่งข้อมูลเป็นลำแสงแคบระหว่างอุปกรณ์ วิธีนี้อาจช่วยให้ดาวเทียมแลกเปลี่ยนข้อมูลได้รวดเร็ว โดยไม่ต้องพึ่งการเชื่อมต่อแบบเดียวกับเครือข่ายวิทยุทั่วไป

เป้าหมายระยะยาวของโครงการซันแคตเชอร์

Google มองไกลกว่าการพิสูจน์ว่าชิปหนึ่งตัวเปิดใช้งานในอวกาศได้ บริษัทจินตนาการถึงเครือข่ายดาวเทียม 81 ดวง ที่บินอยู่ใกล้กันและแบ่งงานประมวลผล โดยแต่ละดวงทำหน้าที่เสมือนส่วนหนึ่งของศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่

การทำงานลักษณะนี้เรียกว่าการประมวลผลแบบขนาน หมายถึงการแบ่งงานชิ้นใหญ่เป็นงานย่อย แล้วให้ชิปหลายตัวทำพร้อมกัน เช่นเดียวกับการให้คนหลายคนช่วยกันคำนวณส่วนต่าง ๆ ของโจทย์เดียวกัน แต่การแบ่งงานจะได้ผลก็ต่อเมื่อชิปส่งข้อมูลถึงกันได้เร็วและมีความหน่วงต่ำ หรือใช้เวลารอรับส่งข้อมูลไม่นาน

ความเร็วในการรับส่งข้อมูลและเวลาหน่วงระหว่าง TPU มีความสำคัญมาก เมื่อต้องทำงานที่ใช้ชิปจำนวนมากร่วมกัน เราจึงต้องคิดถึงงานประมวลผลที่อาจเกิดขึ้นในอีกห้าปี ไม่ใช่เฉพาะงานที่มีอยู่ในวันนี้ >— ทราวิส บีลส์

คอขวดสำคัญอาจไม่ใช่ชิป แต่เป็นจรวด

โครงการของ Google เป็นการลงทุนระยะยาว ไม่ใช่บริการศูนย์ข้อมูลวงโคจรที่พร้อมเปิดใช้ในเร็ว ๆ นี้ เหตุผลสำคัญคือจรวดที่สามารถส่งสัมภาระจำนวนมหาศาลขึ้นสู่อวกาศได้ด้วยต้นทุนต่ำ ยังต้องพัฒนาและเพิ่มความถี่ในการบินอีกมาก

ในเอกสารวิจัยที่ผ่านการประเมินโดยผู้เชี่ยวชาญและเตรียมตีพิมพ์ในวารสาร Joule Google วิเคราะห์ว่าต้นทุนการส่งของขึ้นสู่วงโคจรอาจลดลงได้ตามประสบการณ์การสร้างและปล่อยจรวด บริษัทประเมินว่า SpaceX อาจลดราคาการปล่อยลงมาใกล้ 200 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลกรัมภายในปี 2035 หากแนวโน้มการลดต้นทุนดำเนินต่อไป

การประเมินนี้ตั้งอยู่บนแนวคิดที่เรียกว่าเส้นโค้งการเรียนรู้ ซึ่งหมายถึงต้นทุนมักลดลงเมื่อบริษัทสร้างและใช้งานเทคโนโลยีซ้ำมากขึ้น คล้ายกับโรงงานที่ผลิตสินค้าได้ถูกลงเมื่อกระบวนการมีประสิทธิภาพกว่าเดิม ผู้เขียนเอกสารระบุว่า SpaceX ลดต้นทุนตามแนวโน้มดังกล่าวได้ราว 20% ต่อปี นับตั้งแต่เริ่มปล่อยจรวด Falcon 1

ตัวเลขที่ต้องใช้เพื่อให้ต้นทุนลดลง

จากแบบจำลองในเอกสาร หากต้องการเดินตามเส้นทางลดต้นทุนที่คล้ายกัน Starship จะต้องขนส่งสัมภาระขึ้นสู่วงโคจรรวมประมาณ 370,000 ตัน หากจรวดขนสัมภาระได้เที่ยวละ 200 ตัน เป้าหมายนี้จะเทียบเท่ากับการปล่อยราว 1,800 เที่ยวในสิบปี หรือเฉลี่ย 180 เที่ยวต่อปี

ตัวเลขนี้เป็นการคำนวณตามสมมติฐาน ไม่ใช่ตารางเที่ยวบินที่ยืนยันแล้ว และยังห่างไกลจากความถี่การบินในปัจจุบัน ตามข้อมูลในรายงาน Starship ยังไม่เคยบินเกินห้าเที่ยวภายในหนึ่งปี การเพิ่มจำนวนเที่ยวบินจึงต้องอาศัยทั้งความน่าเชื่อถือของจรวด ระบบภาคพื้นดิน และความสามารถในการผลิตยานจำนวนมาก

ความฝันเรื่องศูนย์ข้อมูลในอวกาศจึงไม่ได้ขึ้นอยู่กับการสร้างชิปให้เก่งขึ้นเพียงอย่างเดียว แต่ยังต้องมีจรวดที่บินบ่อย ขนของได้มาก และมีต้นทุนต่ำพอด้วย

อีลอน มัสก์เคยกล่าวถึงความเป็นไปได้ที่ Starship จะบินได้ทุกชั่วโมงในปี 2029 แต่เป้าหมายดังกล่าวยังเป็นคำคาดการณ์ ไม่ใช่ความสามารถที่พิสูจน์แล้ว การเปลี่ยนจากเที่ยวบินทดลองไม่กี่ครั้งไปสู่การบินถี่ระดับอุตสาหกรรมจะต้องผ่านขั้นตอนทดสอบและแก้ปัญหาด้านความปลอดภัยอีกมาก

ชิปทนรังสีได้แค่ไหน

ผลการศึกษาใหม่ให้สัญญาณที่ค่อนข้างดีเกี่ยวกับความทนทานของชิปต่อรังสีในอวกาศ Google เคยทดสอบชิปด้วยการยิงอนุภาคในเครื่องเร่งอนุภาค ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้เพิ่มความเร็วให้อนุภาคเพื่อจำลองผลกระทบจากรังสี แต่บริษัทพบภายหลังว่าการจัดวางชิปในการทดลองช่วยบังรังสีได้มากกว่าสภาพที่ชิปจะเจอจริง

เมื่อปรับการทดลองให้ใกล้เคียงการใช้งานจริงมากขึ้น วงจรตรรกะภายในชิปเกิดข้อผิดพลาดเพิ่มขึ้นเล็กน้อย ถึงอย่างนั้น Google ยังเชื่อว่าชิปสามารถรองรับงานอนุมานขนาดใหญ่ในวงโคจรได้ตลอดอายุการใช้งานดาวเทียม ซึ่งประเมินไว้ที่ประมาณ ห้าปี

การอนุมานคือขั้นตอนที่แบบจำลองเอไอนำสิ่งที่เรียนรู้มาใช้ตอบคำถามหรือสร้างผลลัพธ์ เช่น การสรุปข้อความหรือจำแนกภาพ ส่วนการฝึกแบบจำลองคือการป้อนข้อมูลจำนวนมากเพื่อให้ระบบเรียนรู้รูปแบบใหม่ ซึ่งมักใช้ชิปจำนวนมากทำงานต่อเนื่องเป็นเวลานาน

งานบางชนิดเสี่ยงต่อข้อผิดพลาดมากกว่า

บีลส์ระบุว่า สำหรับงานอนุมานทั่วไป อัตราความผิดพลาดอาจต่ำมาก โดยยกตัวอย่างราว หนึ่งครั้งในหนึ่งล้านครั้ง แต่ข้อผิดพลาดแม้เกิดไม่บ่อยก็อาจสะสมผลกระทบได้ หากมีชิปหลายพันตัวทำงานต่อเนื่องเป็นเวลาหลายเดือน

อัตราความผิดพลาดต่ำมากเมื่อคิดถึงงานอนุมานทั่วไป แต่อาจกลายเป็นปัญหาในการฝึกแบบจำลองขนาดมหึมา ซึ่งต้องใช้ชิปหลายพันตัวทำงานนานหลายเดือน >— ทราวิส บีลส์

โอกาสและข้อจำกัดของศูนย์ข้อมูลนอกโลก

ศูนย์ข้อมูลในวงโคจรอาจมีประโยชน์ในอนาคต หากต้นทุนการส่งอุปกรณ์ลดลงและสามารถจัดการพลังงาน ความร้อน และการซ่อมบำรุงได้ การมีดาวเทียมหลายดวงประมวลผลข้อมูลร่วมกันยังอาจเปิดทางให้ทำงานบางประเภทใกล้กับแหล่งข้อมูลในอวกาศ เช่น ข้อมูลจากดาวเทียมสังเกตการณ์โลก

อย่างไรก็ตาม แนวคิดนี้ยังมีโจทย์ยากหลายด้าน อุปกรณ์ต้องทนต่อรังสีและสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลง การส่งชิ้นส่วนหรือเปลี่ยนดาวเทียมที่เสียหายมีค่าใช้จ่ายสูง และระบบต้องสื่อสารระหว่างกันได้แม้ดาวเทียมเคลื่อนที่ตลอดเวลา นอกจากนี้ยังต้องเปรียบเทียบให้ได้ว่าการประมวลผลบนวงโคจรคุ้มกว่าการส่งข้อมูลกลับมาประมวลผลบนโลกหรือไม่

จรวดเที่ยวเดียวกันที่บรรทุกดาวเทียมต้นแบบของ Google ยังมีอุปกรณ์ภารกิจอื่นมากกว่าหนึ่งร้อยชิ้น รวมถึงงานของบริษัทสตาร์ตอัปด้านอวกาศอย่าง Satlyt และ Cowboy Space Company Google ต่างจากโครงการทดลองของบริษัทใหม่เหล่านี้ตรงที่มองซันแคตเชอร์เป็นโครงการระยะยาว และต้องการออกแบบระบบให้รองรับงานเอไอที่อาจเกิดขึ้นในอนาคต

สิ่งที่ต้องจับตาต่อจากนี้

การทดสอบดาวเทียมต้นแบบจะช่วยตอบคำถามพื้นฐานว่า TPU ทำงานในอวกาศได้จริงหรือไม่ แต่การพิสูจน์ว่าชิปเปิดได้ไม่เท่ากับการพิสูจน์ว่าศูนย์ข้อมูลวงโคจรจะคุ้มค่าเชิงธุรกิจ ความสำเร็จยังขึ้นกับการทดสอบดาวเทียมหลายดวง การสื่อสารระหว่างกัน และการลดค่าใช้จ่ายในการส่งอุปกรณ์ขึ้นไป

ขั้นตอนถัดไปจึงไม่ใช่เพียงดูว่าชิปทำงานได้หรือไม่ แต่ต้องดูว่าระบบทั้งหมดสามารถทำงานร่วมกันได้อย่างต่อเนื่อง ปลอดภัย และคุ้มค่าพอที่จะขยายขนาดหรือเปล่า

หาก SpaceX และผู้ให้บริการรายอื่นเพิ่มขีดความสามารถในการปล่อยจรวดได้จริง ศูนย์ข้อมูลในอวกาศอาจกลายเป็นอีกทางเลือกสำหรับงานประมวลผลเฉพาะทางในระยะยาว แต่ตัวเลขเที่ยวบินหลายพันครั้งและต้นทุนที่ลดลงตามแบบจำลองยังสะท้อนว่าแนวคิดนี้ต้องพึ่งความก้าวหน้าด้านการขนส่งอวกาศมากพอ ๆ กับความก้าวหน้าของปัญญาประดิษฐ์