Космические дата-центры могут стать реальностью уже в 2030-х годах

Стремительный рост искусственного интеллекта заставляет компании искать новые источники энергии и площадки для размещения вычислительной инфраструктуры. Один из самых амбициозных вариантов – вынести дата-центры на околоземную орбиту.

Однако пока такая инфраструктура обходится значительно дороже наземной, а ее массовое применение упирается не только в стоимость запусков, но и в проблемы охлаждения, связи, ремонта и радиационной защиты.

Космос становится новым кандидатом для дата-центров

Как пишет "Ведомости" со ссылкой на оценки экспертов и материалы Центра макроэкономического анализа и краткосрочного прогнозирования (ЦМАКП), сегодня создание и эксплуатация ЦОДов на орбите обходятся примерно втрое дороже наземных объектов. Главная причина – стоимость доставки оборудования в космос.

Интерес к подобным проектам растет на фоне стремительного распространения искусственного интеллекта. Современные ИИ-системы требуют все более мощных вычислительных комплексов, а значит, и огромного количества электроэнергии.

По оценке Международного энергетического агентства, мировые дата-центры в 2024 году потребили около 415 ТВт·ч электроэнергии, или примерно 1,5% глобального потребления. К 2030 году показатель может вырасти примерно до 945 ТВт·ч.

Проблема заключается не только в общем объеме энергии. Дата-центры концентрируются в отдельных регионах, создавая нагрузку на местные электросети и ускоряя потребность в строительстве новой генерации.

Главный барьер для космического ЦОДа – стоимость запуска

На Земле дата-центр можно построить, подключить к энергосистеме и постепенно модернизировать. На орбите каждый килограмм оборудования сначала необходимо доставить ракетой, а затем обеспечить его работу в принципиально другой среде.

По оценке Google Research, для сопоставимой с наземными объектами экономики стоимость доставки оборудования должна находиться примерно в диапазоне $250–1000 за 1 кг. Для сравнения, в приведенных "Ведомостями" расчетах текущая стоимость запуска Falcon 9 оценивается примерно в $3363 за 1 кг.

Особенно показателен пример компании Starcloud. Она оценивает десять лет эксплуатации орбитального ЦОДа мощностью 40 МВт примерно в $8,2 млн против $167 млн для аналогичного наземного объекта. Но столь большая разница получается при очень оптимистичной стоимости доставки полезной нагрузки – около $30 за 1 кг.

ЦМАКП использует более консервативный сценарий. При стоимости доставки $3000 за 1 кг затраты на создание и десятилетнюю эксплуатацию такого космического ЦОДа могут превысить $500 млн. Это уже более чем втрое дороже наземного аналога.

Именно поэтому экономика отрасли пока зависит прежде всего от развития многоразовых ракет и резкого удешевления вывода грузов на орбиту.

Почему даже дешевая ракета не решит проблему

Снижение стоимости запуска – необходимое, но далеко не достаточное условие.

Обычный дата-центр представляет собой не просто серверы. Это система электропитания, охлаждения, резервирования, сетевого оборудования, физической безопасности и обслуживания. В космосе практически каждый из этих элементов становится сложнее.

Первая проблема – радиация. Современные серверы проектируются для работы на Земле и не рассчитаны на постоянное воздействие космической радиации. Для орбитальной инфраструктуры потребуются более устойчивые компоненты или дополнительная защита, которая увеличит массу конструкции.

Вторая проблема – охлаждение. На Земле тепло от серверов можно отводить с помощью воздуха, воды и других инженерных систем. В космосе конвективное охлаждение невозможно, поэтому основную роль играют радиаторы, которые должны излучать тепло в окружающее пространство.

Третья проблема – ремонт. Наземный ЦОД можно обслуживать практически в любое время: заменить сервер, блок питания или систему охлаждения. На орбите подобные операции потребуют роботизированных систем либо специальных аппаратов и экипажей.

Наконец, остается связь. Даже если вычисления будут выполняться непосредственно на орбите, результаты необходимо передавать пользователям и другим системам на Земле. Поэтому космический ЦОД фактически потребует собственной высокоскоростной коммуникационной инфраструктуры.

Орбитальные серверы нужны не только ради энергии

При этом идея космических ЦОДов имеет смысл не только как попытка найти альтернативу земной энергетике.

Одно из наиболее перспективных применений – обработка информации непосредственно в космосе. Например, спутник наблюдения может получать огромный объем изображений, которые сегодня приходится передавать на Землю для последующей обработки.

Если вычислительные мощности находятся рядом со спутниками, часть информации можно анализировать непосредственно на орбите и передавать на Землю уже готовые результаты. Это снижает объем передаваемых данных и потенциально сокращает время обработки.

Такая модель особенно интересна для спутниковой съемки, навигации, метеорологии, геологии и других систем, работающих с большими массивами данных.

Иными словами, космический ЦОД может оказаться не заменой наземному дата-центру, а дополнительным уровнем вычислительной инфраструктуры.

Когда орбитальные ЦОДы могут стать выгодными

Ключевой ориентир для отрасли – резкое снижение стоимости доставки полезной нагрузки. В оценках, приведенных "Ведомостями", фигурирует уровень порядка $200–250 за 1 кг как условие, при котором экономика космических ЦОДов может приблизиться к земной.

Такое снижение выглядит крайне значительным по сравнению с сегодняшними затратами, однако развитие многоразовых ракет постепенно меняет экономику космических запусков.

По оптимистичному сценарию, подобный уровень цен может стать достижимым в 2030-х годах. Но даже тогда массовое строительство ЦОДов на орбите не станет автоматическим следствием удешевления запусков. Потребуются новые серверные платформы, радиационно стойкие микросхемы, системы автономного обслуживания, мощные каналы связи и эффективные технологии отвода тепла.

Поэтому наиболее реалистичным сценарием выглядит постепенное появление специализированных орбитальных вычислительных комплексов, а не перенос привычных наземных дата-центров в космос.

США и Китай имеют лучшие стартовые позиции

Первые масштабные проекты, вероятнее всего, появятся у стран, которые одновременно располагают развитой космической отраслью, мощной микроэлектроникой, собственными ракетами и огромным спросом на вычислительные мощности.

В первую очередь речь идет о США и Китае.

Американские технологические компании уже объединяют космические и ИИ-компетенции. Google развивает концепцию Project Suncatcher, предполагающую использование спутников для вычислений, а SpaceX располагает собственной ракетной и спутниковой инфраструктурой.

Китай также имеет практически полный технологический контур – от ракет и спутников до производства электроники и государственной поддержки космических проектов.

Европа располагает сильными компетенциями в микроэлектронике, космической технике и искусственном интеллекте, однако масштаб потенциальных проектов и доступ к собственной пусковой инфраструктуре делают ее позицию более сложной.

Для России отдельные технологии для подобных проектов также существуют, включая компетенции в космической энергетике и создании орбитальных платформ. Однако для конкурентоспособного космического ЦОДа потребуется одновременно развивать ракетную инфраструктуру, вычислительную электронику, системы связи и специализированное оборудование.

Главный вопрос – не смогут ли ЦОДы работать в космосе, а будет ли это выгодно

Экономика космических дата-центров пока выглядит слабее наземной. Даже если стоимость запуска резко снизится, разработчикам придется учитывать цену самой космической платформы, электроники, связи, обслуживания и замены оборудования.

При этом у орбитальных ЦОДов есть несколько потенциальных преимуществ. Они могут получать солнечную энергию без атмосферных потерь, работать с космическими аппаратами непосредственно на орбите и не занимать дефицитные площадки на Земле.

Но это преимущество становится экономически значимым только при достаточно дешевой доставке оборудования и высокой степени автономности.

Поэтому 2030-е годы могут стать периодом первых экономических экспериментов с орбитальными ЦОДами, но полноценная конкуренция с наземными дата-центрами, скорее всего, потребует более длительного периода. Пока космос выглядит не как замена земной цифровой инфраструктуре, а как потенциальное новое звено для наиболее энергоемких и специфических вычислительных задач.

При этом сам рост спроса на вычисления уже создает вполне земную проблему. По прогнозу МЭА, потребление электроэнергии дата-центрами к 2030 году более чем удвоится и приблизится к 945 ТВт·ч. Именно поэтому вопрос о том, где будут находиться будущие вычислительные мощности – на Земле или на орбите – постепенно превращается из футуристического сценария в экономическую задачу.