Envision siirtää tekoälyn sähkön luo – SpaceX haluaa viedä laskennan avaruuteen

Tekoälyn kasvava sähköntarve ei johda vain yhteen mahdolliseen ratkaisuun. Kiinalaisen Envision Groupin Galaxy Campus -hanke Ulanqabissa, Sisä-Mongoliassa, on aloittanut toimintansa 120 megawatin ensimmäisellä vaiheella. Kampus on suunniteltu kasvamaan yli kahden gigawatin kokonaisuudeksi uusiutuvan energian suoralla syötöllä. 13

SpaceX:n ratkaisu on paljon kunnianhimoisempi – ja toistaiseksi vain suunnitelma. Yhtiö on hakenut lupaa jopa miljoonalle aurinkoenergialla toimivalle satelliitille, jotka muodostaisivat kiertoradalla toimivan datakeskusverkon. Järjestelmä ei ole vielä käytössä. 1819

Envision tarjoaa näin käytännön vastapainon ajatukselle, jonka mukaan tekoälyn laskenta pitäisi lopulta siirtää pois Maasta sähköverkon rajoitteiden vuoksi. Hanke ei kuitenkaan ratkaise pitkän aikavälin kilpailua. Maanpäällisten keskusten on hallittava vaihtelevaa tuuli- ja aurinkovoimaa sekä suuria infrastruktuuritarpeita, kun taas avaruusjärjestelmän on selvittävä laukaisuista, lämmönpoistosta, säteilystä, verkkoyhteyksistä ja laitteiden vaihtamisesta.

Kaksi tapaa ratkaista tekoälyn sähköongelma

Envisionin lähestymistapa on maantieteellinen. Laskentakeskus sijoitetaan alueelle, jossa tuuli- ja aurinkovoimaa on runsaasti, maata on saatavilla ja ilmasto on viileämpi kuin monissa tiheästi rakennetuissa keskuksissa. Galaxy Campus yhdistää uusiutuvan sähköntuotannon, siirtoyhteydet, energiavarastot ja älykkään tehonhallinnan. 36

SpaceX:n lähestymistapa on rakenteellinen. Yhtiön hakemuksessa kuvataan matalalle Maan kiertoradalle sijoitettavia aurinkoenergialla toimivia satelliitteja, jotka toimisivat toisiinsa kytkettynä kiertoradan datakeskusjärjestelmänä. SpaceX perustelee mallia sillä, että satelliitit voisivat saada lähes jatkuvasti auringonvaloa ja välttää maanpäällisten sähköverkkojen rajoitteet. 1820

Yksinkertaistettuna:

• Envision vie palvelimet sähkön luo.
• SpaceX vie sekä palvelimet että sähköjärjestelmän pois planeetan pinnalta.

Molemmat mallit hyödyntävät auringosta peräisin olevaa energiaa, mutta niiden tekniset ja taloudelliset riskit ovat hyvin erilaiset.

Hankkeiden keskeiset erot

Ominaisuus	Envisionin Galaxy Campus	SpaceX:n kiertoradan datakeskukset
Sijainti	Ulanqabissa Sisä-Mongoliassa, maan päällä ja uusiutuvien energialähteiden lähellä. 1	Matalalla Maan kiertoradalla ehdotetussa satelliittiverkossa. 1819
Nykytila	Ensimmäinen 120 megawatin vaihe on otettu käyttöön; suurempi, kahden gigawatin kokonaisuus on suunnitteilla. 13	Ehdotus, joka vaatii viranomaishyväksynnät ja laajamittaisen käyttöönoton. 1820
Suunniteltu mittakaava	Enintään kaksi gigawattia tehoa ja jopa miljoona tekoälykiihdytintä täydessä laajuudessa. 23	SpaceX on hakenut lupaa jopa miljoonalle satelliitille. Hakemus ei kuitenkaan kerro, rakennetaanko kaikki satelliitit tai mikä olisi valmis laskentakapasiteetti. 1819
Energia	Maanpäällinen tuuli- ja aurinkovoima, energiavarastot sekä tehonhallinta. 36	Satelliittien aurinkopaneelit, jotka voisivat sopivilla kiertoradoilla saada lähes jatkuvasti auringonvaloa. 1920
Jäähdytys	Maanpäällisten datakeskusten tutut jäähdytysratkaisut; alueen viileä ilmasto voi vähentää jäähdytyksen tarvetta. 27	Lämpö on poistettava säteilijöillä, koska tyhjiössä ei ole ilmaa kuljettamassa lämpöä pois. Tämä on keskeinen tekninen haaste. 4546
Huolto	Palvelimet, rakennukset ja sähköjärjestelmät ovat huollettavissa ja vaihdettavissa maan päällä.	Korjaukset ja komponenttien vaihto vaatisivat vaikeita ja kalliita avaruusoperaatioita. 4647
Aikataulu	Ensimmäinen vaihe on jo toiminnassa. 13	Muskin mukaan ensimmäisiä tekoälysatelliitteja voitaisiin laukaista vuoden 2027 viimeisellä neljänneksellä ja merkittävä mittakaava saavuttaa vuonna 2028. 17

Miksi Envision haastaa Muskin lähtöoletuksen?

Envisionin vahvin viesti on käytännöllinen, ei teoreettinen. Hanke osoittaa, että sähköverkon kapasiteettipulaa voidaan yrittää ratkaista muuttamalla sitä, missä laskentaa rakennetaan – ei välttämättä sitä, millä planeetalla sitä tehdään.

Uusiutuvalla energialla toimiva kampus voidaan rakentaa pitkälti olemassa olevien maanpäällisten teknologioiden varaan: käytössä ovat tavanomaiset palvelimet, tietoliikenneyhteydet, varastointijärjestelmät, sähkönsiirto ja huoltohenkilöstö. Envisionin ensimmäinen vaihe toimii jo tällä periaatteella, vaikka koko suunniteltu kapasiteetti on vielä rakentamatta. 13

Tämä on olennaista, koska tekoälykehittäjien välitön ongelma ei välttämättä ole energian puute maailmanlaajuisesti. Haasteena on löytää riittävästi sähköä oikeasta paikasta ja saada uusi datakeskus liitettyä verkkoon. Envision yrittää ohittaa tämän pullonkaulan yhdistämällä energiantuotannon ja laskennan samaan infrastruktuurihankkeeseen. 36

SpaceX puolestaan ehdottaa vielä radikaalimpaa ratkaisua: maanpäällisestä verkkoliitynnästä luopumista kokonaan. Samalla se synnyttää uuden riippuvuuksien ketjun, johon kuuluvat laukaisutahti, satelliittien valmistus, kiertoradan verkkoyhteydet, lämmönhallinta, säteilysuojaus ja laskentaraudan vaihtaminen.

Luotettavuus: maanpäällinen vaihtelu vastaan avaruuden monimutkaisuus

Envisionin uusiutuva sähkö ei automaattisesti tarkoita katkotonta virransyöttöä. Tuuli- ja aurinkovoiman tuotanto vaihtelee, joten kampuksen toimintavarmuus riippuu varastoinnin ja tehonhallinnan toimivuudesta ja mitoituksesta. Saatavilla oleva julkinen aineisto ei vahvista keskuksen taattua ympärivuorokautista uusiutuvaa kapasiteettia, varajärjestelyjä tai häiriötilanteiden suorituskykyä. 36

Kiertoradan aurinkovoima voisi tarjota tasaisemman pääsyn auringonvaloon, mutta jatkuva auringonpaiste ei poista luotettavuusongelmia. Avaruuslaitteiden pitäisi toimia säteily-ympäristössä, viestiä hajautetun verkon kautta ja selviytyä ilman tavallista fyysistä huoltoa. Asiantuntijat ovat nostaneet esiin jäähdytyksen, laukaisulogistiikan, avaruuden ankarat olosuhteet ja tekoälypiirien nopean kehityksen ratkaisemattomina kysymyksinä. 464748

Jäähdytys on vastoin yleistä mielikuvaa erityisen hankala asia. Avaruus on kylmä, mutta tyhjiö ei siirrä lämpöä ilman välityksellä. Maan päällä datakeskus voi käyttää ilmaa, vettä tai muuta jäähdytysinfrastruktuuria. Satelliitin on puolestaan säteiltävä hukkalämpö infrapunasäteilynä avaruuteen. 4546

Kustannukset: maanpäällinen etu vastaan avaruuden lupaus

Envisionin taloudellinen perustelu nojaa useisiin maanpäällisiin etuihin: paikallisesti runsaaseen uusiutuvaan tuotantoon, pienempään riippuvuuteen ruuhkautuneesta sähköverkkoliitynnästä ja mahdollisesti pienempään jäähdytystarpeeseen viileässä ilmastossa. Saatavilla oleva aineisto ei kuitenkaan vahvista keskukselle laskettua kokonaiskustannusta kilowattituntia tai tekoälylaskentayksikköä kohti.

SpaceX:n talousmalli taas riippuu vahvasti tulevista laukaisukustannuksista. Euroopan parlamentin selvityksen mukaan avaruudessa toimivien datakeskusten suurin este on taloudellinen, ja laukaisukustannukset ovat ratkaiseva tekijä. Uudelleenkäytettävien kantorakettien nykyiset kustannukset ovat edelleen useita tuhansia euroja hyötykuorman kilogrammaa kohti. 43

Yksi vertaisarvioimaton analyysi havainnollistaa laskelman herkkyyttä. Jos laukaisuhinnaksi oletetaan tulevaisuudessa 200 dollaria kilogrammalta, yhden gigawatin tekoälylaskennan vieminen matalalle Maan kiertoradalle voisi vaatia 10 000 tonnia satelliitteja, noin 50 Starship V3 -laukaisua ja kaksi miljardia dollaria pelkkiin laukaisuihin. Kyse on mallin oletuksista, ei SpaceX:n toteutuneista hinnoista tai kattavasta hankekustannuksesta. 44

Kummankaan mallin elinkaarikustannukset eivät ole vielä selvillä. Envisionin tapauksessa avoimia kysymyksiä ovat esimerkiksi:

• tekoälykiihdytinten ja palvelinten hinnat;
• varastoinnin kesto ja vaihtokustannukset;
• sähkönsiirron ja verkkoyhteyksien kulut;
• kapasiteetin käyttöaste; sekä
• uusiutuvan sähkön todellinen toimitushinta.

SpaceX:n listaan kuuluvat lisäksi satelliittien massa, laukaisutahti, aurinkopaneelit, säteilijät, säteilysuojaus, tietoliikenne, vikaantumiset, vakuutukset, korvaavat laukaisut ja riski siitä, että tekoälypiirit vanhenevat ennen kuin satelliitteja voidaan päivittää. Analyytikot ovat varoittaneet, että kiinteään kiertoratamalliin lukittu järjestelmä voi kärsiä tekoälypiirien nopeasta kehityksestä. 4647

Aikataulu suosii Envisionia – ainakin lähivuosina

Envisionin kampuksen ensimmäinen 120 megawatin vaihe on jo toiminnassa, mutta suunniteltua kahden gigawatin kokonaisuutta ei ole vielä rakennettu. 13 Ero on tärkeä: hanke osoittaa, että mallia voidaan ottaa käyttöön, mutta ei vielä sitä, miten täysi monen gigawatin kampus toimisi tai millainen sen talous olisi.

SpaceX:n aikataulu on ehdollisempi. Musk on sanonut, että ensimmäiset tekoälysatelliitit voisivat lähteä matkaan vuoden 2027 lopulla ja merkittävä mittakaava saavutettaisiin vuonna 2028. Tavoitteet riippuvat viranomaishyväksynnöistä, tuotannosta, laukaisuvalmiudesta sekä kyvystä ylläpitää nopeaa ja edullista laukaisuohjelmaa. 17

Vertailu onkin tällä hetkellä maanpäällisen hankkeen jo toiminnassa olevan ensimmäisen vaiheen ja avaruusarkkitehtuurin välillä, jonka suurimmat hyödyt ovat vasta mahdollisia tulevaisuudessa.

Mitä Sisä-Mongolia kertoo Kiinan laskentastrategiasta?

Envisionin kampus sopii laajempaan maanpäälliseen malliin, jossa tekoälyinfrastruktuuria keskitetään alueille, joilla on runsaasti energiaa, maa-alaa ja jäähdytyksen kannalta suotuisat olosuhteet. Raporttien mukaan Ulanqabista ja Sisä-Mongoliasta on kasvamassa tekoälyn ja vihreän laskennan keskuksia, ja alueella toimii tai suunnittelee toimintaansa myös muita teknologiayrityksiä. 1037

Ajatus on kääntää energian maantiede laskennan eduksi: suuret klusterit rakennetaan sinne, missä uusiutuvaa sähköä on saatavilla, ja kapasiteetti yhdistetään käyttäjiin sekä kysyntäkeskuksiin. Aineisto tukee Sisä-Mongolian merkitystä tekoälyinfrastruktuurin sijaintipaikkana, mutta sen perusteella ei voida määrittää tarkasti Envisionin roolia Kiinan kansallisessa laskentastrategiassa tai liittää laajempia poliittisia vaikutuksia yksin Galaxy Campukseen.

Suurin epävarmuus on tuleva kysyntä

Molempien mallien talous riippuu siitä, millaisia tekoälykuormia muutaman vuoden kuluttua ajetaan. Mallien kouluttaminen ja niiden käyttäminen päättelyyn vaativat erilaista infrastruktuuria. Mallien tehokkuuden paraneminen voi vähentää tiettyyn tehtävään tarvittavan laskennan määrää, ja kiihdytinten käyttöaste ratkaisee, kuinka paljon kapasiteetista syntyy tuloja.

Laitteiston nopea kehitys lisää ristiriitaa. Maanpäällinen datakeskus voi yleensä päivittää palvelimia olemassa olevien toimitusketjujen avulla. Kiertoradalla oleva järjestelmä voi joutua pitämään laitteet käytössä paljon pidempään, jolloin se altistuu uusien piirien paremmalle suorituskyvylle ja laskeville hinnoille. 46

Siksi nimelliskapasiteetti – kaksi gigawattia maan päällä tai ehdotettu miljoonan satelliitin verkko avaruudessa – ei yksin kerro, kumpi malli tuottaisi halvempaa tai luotettavampaa tekoälylaskentaa. Merkityksellinen vertailu edellyttäisi elinkaarikustannuksia, käyttöastetta, käytettävyyttä, verkkosuorituskykyä ja laitteiden päivitystaloutta.

Johtopäätös

Envision ei kumoa avaruudessa tapahtuvan tekoälylaskennan mahdollisuutta. Se kuitenkin haastaa vahvemman väitteen, jonka mukaan maanpäälliset sähkörajoitteet eivät jätä skaalautuvaa vaihtoehtoa.

Sisä-Mongolian malli on suhteellisen tuttu ratkaisu: laskenta viedään uusiutuvan sähkön äärelle, tuotantoa tasataan varastoinnilla ja tehonhallinnalla, ja käytössä on infrastruktuuri, jota voidaan huoltaa ja päivittää maan päällä. SpaceX:n mallilla voisi jonain päivänä olla etu lähes jatkuvasta auringonvalosta ja riippumattomuudesta maanpäällisistä sähköverkoista. Ennen sitä yhtiön on kuitenkin osoitettava, että laukaisu, jäähdytys, säteilysuojaus, verkkoyhteydet ja laitteiden vaihtaminen voidaan toteuttaa taloudellisesti suuressa mittakaavassa.

Tällä hetkellä Envision edustaa käyttöön otettua maanpäällistä vastausta tekoälyn sähköpulmaan. SpaceX puolestaan on suuren potentiaalin mutta suuren riskin veto siitä, että tietokoneiden käyttämisestä kiertoradalla tulee kannattavampaa nopeammin kuin maanpäällisistä vaihtoehdoista.