توهم کیهانی سیلیکون‌ولی: چرا ایده دیتاسنترهای فضایی به بن‌بست می‌خورد؟

تصور کنید در تاریکی بی‌کران و سکوت مطلق مدار زمین، جایی که هیچ اثری از حیات یا اتمسفر نیست، هزاران سازه‌ی فلزی عظیم به دور سیاره می‌چرخند. درون این سازه‌های نقره‌ای‌رنگ، پیشرفته‌ترین تراشه‌های ساخت دست بشر در حال پردازش پیچیده‌ترین الگوریتم‌های هوش مصنوعی هستند و بی‌وقفه با نور خورشید تغذیه می‌شوند.

این تصویر مسحورکننده که تا همین چند سال پیش تنها لابه‌لای صفحات کتاب‌های آیزاک آسیموف یافت می‌شد، اکنون از قلمرو داستان خارج شده و به یکی از جدی‌ترین و جنجالی‌ترین مباحث در راهروهای سیلیکون‌ولی و اتاق‌های فکر شرکت‌های پیشگام هوافضا تبدیل شده است.

ولی درست در روزهایی که ایده‌ی ساخت دیتاسنترهای غول‌پیکر در مدار زمین به‌عنوان برگ برنده‌ی نهایی در مسابقه‌ی هوش مصنوعی مطرح می‌شد و چهره‌هایی مانند ایلان ماسک آن را میان‌بری برای عبور از محدودیت‌های زمینی می‌دانستند، ماسایوشی سان، بنیان‌گذار و مدیرعامل میلیاردر سافت‌بانک به‌روشنی تمام ادعاها و رؤیاها را رد کرد و گفت:

مسابقه‌ی هوش مصنوعی همین حالا و روی همین کره‌ی خاکی جریان دارد. برنده کسی است که بتواند روی زمین و در سریع‌ترین زمان ممکن، زیرساخت‌هایش را توسعه دهد، نه کسی که میلیاردها دلار و سال‌ها زمان طلایی را صرف غلبه بر نیروی جاذبه و پرتاب سرورها به خلأ کند.

سرمایه‌گذار بزرگ ژاپنی در ادامه استدلال کرد که اگرچه فضا می‌تواند هزینه‌های برق را کاهش دهد، این صرفه‌جویی احتمالا تحت‌الشعاع چالش‌های پرتاب، نگهداری و ارتباطات قرار خواهد گرفت.

بیایید قبل از هرچیز، ببینیم چرا انسان به فکر افتاد دیتاسنترها را از زمین خارج کند و به فضا بفرستد؟

از اوایل دهه‌ی ۲۰۲۰ میلادی، موج هوش مصنوعی و رشد مدل‌های زبانی بزرگ و معماری ترانسفورمرها، زیرساخت‌های پردازشی جهان را با شوکی عظیم مواجه کرد. اشتهای سیری‌ناپذیر این مدل‌ها به مصرف توان پردازشی، محدودیت‌های ذاتی سیاره‌ی ما را با شدتی بی‌سابقه به رخ کشید.

تا سال ۲۰۲۳، مصرف برق دیتاسنترها تنها در ایالات متحده به نرخ باورنکردنی ۱۷۶ تراوات‌ساعت رسید؛ اما این پایان ماجرا نبود؛ پیش‌بینی‌های تحلیلی نشان می‌دهد که این عدد تا سال ۲۰۲۸ به مرز وحشتناک ۳۲۵ تا ۵۸۰ تراوات‌ساعت خواهد رسید.

در کنار محدودیت فاجعه‌بار انرژی، رقابت دیگری هم بر سر منابع آب شیرین برای تغذیه‌ی برج‌های خنک‌کننده‌ی تبخیری جریان دارد که تا امروز مقاومت‌های اجتماعی و سیاسی شدیدی را علیه توسعه‌ی دیتاسنترهای بزرگ برانگیخته است.

درست در دل همین استیصال و تنگنا بود که ایده‌ی رادیکال دیتاسنترهای مداری روی میز قرار گرفت؛ راه نجاتی که برخی آن را کلید طلایی آینده می‌دانند و افرادی مثل ماسایوشی سان، به سرابی پرهزینه و دور از دسترس تشبیهش می‌کنند.

در ماه‌های آغازین سال ۲۰۲۶، هیجان پیرامون ایده‌ی دیتاسنترهای فضایی به اوج خود رسید. اسپیس‌ایکس پس‌از ادغام با استارتاپ هوش مصنوعی xAI، نخستین گام را برداشت و درخواست رسمی خود را برای استقرار شبکه‌ای بی‌سابقه متشکل از یک میلیون ماهواره‌ی پردازشی مجهز به پنل‌های خورشیدی به کمیسیون ارتباطات فدرال (FCC) ارائه داد.

مدافعان سرسخت طرح دیتاسنترهای مداری، استدلال‌های بسیار جذابی در آستین دارند که در نگاه نخست و روی کاغذ، درست به‌نظر می‌رسند. آن‌ها روی سه مزیت مطلق دست می‌گذارند که قرار است تمام مشکلات روی زمین را حل کند.

نخستین مزیت، دسترسی بی‌وقفه و با راندمان بالا به تابش خالص خورشیدی است. در مدارهای پایین زمین همگام با خورشید؛ پنل‌های خورشیدی در ۹۹ درصد مواقع، در معرض تابش مستقیم با شدت ۱۳۶۱ وات‌بر‌مترمربع قرار می‌گیرند؛ درحالی‌که روی زمین به دلیل جذب اتمسفری، چرخه‌ی شبانه‌روز و ابری بودن هوا، ضریب ظرفیت پنل‌ها به‌شدت افت می‌کند و به ۱۵ تا ۲۵ درصد کاهش می‌یابد.

دومین مزیتی که در بحبوحه‌ی تغییرات اقلیمی بسیار حیاتی به‌نظر می‌رسد، رهایی کامل از معضل مصرف آب است. دیتاسنترهای زمینی سالانه میلیاردها گالن آب شیرین را تبخیر می‌کنند و به بحران‌های اکولوژیک منطقه‌ای دامن می‌زنند؛ اما در فضا، خنک‌سازی سرورها به یک قطره آب هم نیاز ندارد.

در مرحله‌ی سوم، فضا محیطی بی‌کران و نامحدود برای توسعه فراهم می‌کند؛ پس دیگر مهندسان و مدیران با چالش‌هایی مانند قوانین پیچیده‌ی منطقه‌بندی شهری، اخذ مجوزهای طولانی‌مدت ساخت‌وساز یا پرداخت هزینه‌های گزاف برای تملک زمین مواجه نمی‌شوند.

 آیا این رؤیای طلایی می‌تواند در برابر قوانین فیزیک دوام بیاورد؟

بزرگ‌ترین خطای محاسباتی طرفداران ایده‌ی دیتاسنترهای مداری، به ساده‌انگاری مفهوم سرمای فضا برمی‌گردد. عموم مردم تصور می‌کنند فضا محیطی به‌شدت سرد است و می‌تواند به‌راحتی هر شیء داغی را خنک کند.

درحالی‌که دمای پس‌زمینه‌ی کیهانی بسیار پایین و نزدیک به صفر مطلق است، واقعیت فیزیکی دیگری تمام معادلات مهندسان را بر هم می‌زند؛ در خلأ فضا هیچ‌گونه ماده، گاز یا سیالی برای انتقال حرارت وجود ندارد.

بیایید چالش انتقال حرارت را ملموس‌تر بررسی کنیم. روی زمین، وقتی پردازنده‌ داغ می‌شود، فن‌های قدرتمند هوا را از روی هیت‌سینک‌ها عبور می‌دهند. هوا یا مایعات خنک‌کننده‌ی سیستم‌های پیشرفته‌تر، با سرعت بسیار بالایی حرارت را جذب و از محیط دور می‌کند؛ مکانیزمی بسیار کارآمد که «همرفت» نامیده می‌شود.

اما در فضا اصلاً هوایی نیست که باد را به وجود آورد. در واقع، خلأ فضا دقیقا مشابه عایق درون فلاسک چای عمل می‌کند و مانع از خروج گرما می‌شود. در چنین محیطی، حرارت تولید شده توسط هزاران پردازنده تنها می‌تواند از طریق تابش امواج مادون‌قرمز به فضای کیهانی ساطع شود که به آن خنک‌سازی تابشی می‌گویند؛ فرآیندی که در غیاب اتمسفر بسیار کند و ناکارآمد است.

حالا بیایید اعداد را به مقیاس پردازش‌های سنگین هوش مصنوعی ببریم. یک دیتاسنتر مداری با توان نسبتا کوچک یک مگاواتی، نیازمند فضایی معادل ۱۶۰۰ تا ۳۹۵۰ مترمربع پنل رادیاتوری است؛ یعنی مساحتی در ابعاد یک زمین بازی بزرگ که باید در مدار مستقر شود.

تجربه‌ی عملیاتی سازمان‌های فضایی، به‌خوبی ابعاد معضل دفع حرارت در فضا را نشان می‌دهد. سیستم کنترل حرارتی ایستگاه فضایی بین‌المللی برای دفع تنها ۷۰ کیلووات حرارت، از شبکه‌ای عظیم از پمپ‌های آمونیاک و رادیاتورهایی با مساحت ۴۲۲ مترمربع استفاده می‌کند که وزن آن‌ها به هفت تن می‌رسد.

اگر بخواهیم چنین سیستمی را برای یک مگاوات پردازش مقیاس‌پذیر کنیم، باید ۱۰۰ تن رادیاتور را به فضا بفرستیم؛ درحالی‌که وزن خود رک‌های پردازشی در این مقیاس کمتر از ۱۰ تن است. چنین عدم تناسب حیرت‌انگیزی، کل توجیه اقتصادی پرتاب را زیر سوال می‌برد.

اگر مهندسان تصمیم بگیرند پردازنده‌ها را برای کاهش مسافت و تأخیر ارتباطی به یکدیگر نزدیک کنند، حرارت در یک نقطه متمرکز می‌شود و انتقال سیال خنک‌کننده به لبه‌های ماهواره به کابل‌کشی‌های سنگین نیاز خواهد داشت.

اگر قطعات را از هم دور کنند تا خنک‌سازی راحت‌تر انجام شود، همگام‌سازی داده‌ها میان پردازنده‌ها به مشکل می‌خورد و هر قطعه به سپرهای ضدتشعشع مجزایی نیاز خواهد داشت. در هر دو حالت، مجموع جرم محموله بسیار بالا می‌رود و نشان می‌دهد که دورزدن قوانین ترمودینامیک، حتی در فضا هم ممکن نیست.

از منظر اقتصادی نیز فرضیه‌ی کاهش هزینه‌های عملیاتی به واسطه‌ی دسترسی به برق خورشیدی رایگان، تاحدی گمراه‌کننده است. بازیگران واقع‌گرای صنعت فناوری مانند مدیرعامل سافت‌بانک یادآوری می‌کنند که مزیت کاهش هزینه‌های برق در فضا، در برابر هزینه‌های نجومی تأمین و پرتاب سخت‌افزار بسیار ناچیز و بی‌معنی به‌نظر می‌رسد.

ابزارهای مدل‌سازی مستقل اثبات کرده‌اند که هزینه‌ی پردازش داده در مدار به طور متوسط چندین برابر گران‌تر از نمونه‌های مشابه روی زمین تمام می‌شود. با مرور جدول بالا ابعاد این شکاف عمیق را بهتر متوجه می‌شوید.

مطالعات آکادمیک می‌گویند استقرار سرورهای عمومی در فضا در صورتی توجیه اقتصادی دارد که مجموع هزینه‌های پرتاب و ساخت ماهواره از چند صد دلار به ازای هر کیلوگرم فراتر نرود. این عدد بسیار پایین‌تر از ارزان‌ترین تعرفه‌های فعلی موشک‌های فضایی است، حتی قبل از اینکه هزینه‌ی سخت‌افزارهای پردازشی را لحاظ کنیم.

استارتاپ‌های حوزه‌ی هوافضا، در شعارهای تبلیغاتی‌شان دیتاسنترهای مداری را به‌عنوان جایگزین‌هایی سبز، پاک و دوستدار محیط‌زیست معرفی می‌کنند و مدعی‌اند ازآنجاکه این ماهواره‌ها انرژی خود را به‌طور مستقیم از خورشید می‌گیرند، هیچ‌گونه آلایندگی کربنی به زمین تحمیل نمی‌کنند؛ اما ارزیابی کل چرخه‌ی حیات پروژه‌ها از واقعیت تلخ‌تری حکایت دارد.

تحقیقات جامع دانشگاه زارلاند آلمان با استفاده از ابزارهای تخصصی، ثابت می‌کند که شدت کربن سیستم‌های مستقر در مدار، به‌مراتب مخرب‌تر از دیتاسنترهای زمینی است.

با درنظرگرفتن کل زنجیره‌ی تأمین، از استخراج مواد معدنی کمیاب و ساخت قطعات راکت گرفته تا احتراق عظیم سوخت در لحظه‌ی پرتاب و در نهایت سوختن بقایای ماهواره‌ها هنگام ورود مجدد به جو زمین، ردپای کربن پردازش فضایی بین ۸۰۰ تا ۱۵۰۰ گرم دی‌اکسیدکربن به‌ازای هر کیلووات‌ساعت برآورد می‌شود؛ بنابراین این شبکه‌های فضایی ظاهرا پاک، حتی از آلوده‌ترین شبکه‌های برق مبتنی‌بر زغال‌سنگ روی زمین نیز آلایندگی بیشتری دارند.

خطر انتشار دوده و ذرات آلومینا در لایه‌ی حساس استراتوسفر هم کمتر از گازهای گلخانه‌ای نیست. زمانی که راکت‌ها از لایه‌های بالایی جو عبور می‌کنند، دوده‌هایی از اگزوزشان خارج می‌شود که برای مدتی بسیار طولانی در آن ارتفاع جا خوش می‌کنند.

پتانسیل ذرات معلق برای جذب حرارت خورشید و تشدید گرمایش جهانی، ۵۰۰برابر بیشتر از دوده‌هایی است که روی سطح زمین منتشر می‌شوند. به‌علاوه انباشته‌شدن این ذرات در آسمان می‌تواند نظم بادهای جهانی را به هم بریزد و به ساختار شیمیایی ظریف لایه‌ی اوزون آسیب‌های جبران‌ناپذیری وارد کند.

اگر از چالش گرما، هزینه و آلایندگی بگذریم، بازهم محیط خارج از حفاظ مغناطیسی و اتمسفر زمین، سرشار از پرتوهای مخرب کیهانی است. پردازنده‌های گرافیکی پیشرفته که امروزه به‌طور گسترده برای آموزش مدل‌های زبانی استفاده می‌شوند، با تراکمی بالغ بر میلیاردها ترانزیستور در ابعاد نانومتری ساخته شده‌اند. این تراکم بالا، آن‌ها را در برابر اصابت یون‌های سنگین و پروتون‌های پرانرژی فضایی شدیداً آسیب‌پذیر می‌کند.

آزمایش‌های انجام‌شده در شتاب‌دهنده‌ی ذرات ناسا تأیید کرده‌اند که قطعات تجاری الکترونیکی در معرض تشعشعات، مدام دچار اثرات تک‌رویدادی (SEE) می‌شوند؛ پدیده‌ای که می‌تواند مقادیر حافظه را تغییر دهد، خطاهای پردازشی ایجاد کند یا حتی با اتصال کوتاه، به سوختگی فیزیکی قطعه منجر شود. برای مقابله با این پدیده باید از سپرهای ضخیمی استفاده کرد که وزن و هزینه‌ی نهایی ماهواره را تا حد زیادی افزایش می‌دهد.

ارسال یک دیتاسنتر پیشرفته به مدار به معنای تثبیت‌کردن فناوری آن در لحظه‌ی پرتاب است. سخت‌افزار پیشرفته‌ای که امروز با صرف میلیون‌ها دلار در مدار مستقر می‌شود، پس‌از گذشت سه سال کارایی بسیار کمتری نسبت به نسل‌های جدید روی زمین خواهد داشت.

ازآنجاکه تعویض فیزیکی قطعات یا ارتقای سخت‌افزاری در فضا بسیار دشوار یا در مواردی غیرممکن است، اپراتورها ناچارند سال‌ها با تجهیزاتی کار کنند که از نظر فناوری با نمونه‌های زمینی فاصله‌ی زیادی دارند.

بخشی از سرمایه‌گذاری انجام‌شده ممکن است پیش‌از پایان عمر فیزیکی ماهواره، از نظر اقتصادی و رقابتی ارزش خود را از دست بدهد.

بحران بعدی زمانی خود را نشان می‌دهد که می‌خواهیم از سرورهای مداری استفاده کنیم. اجرای مدل‌های هوش مصنوعی و پردازش کلان‌داده‌ها به تبادل لحظه‌ای، پیوسته و با تأخیر بسیار پایین داده‌ها نیاز دارد؛ درحالی‌که تکنولوژی‌های ارتباط نوری و لیزری پیشرفت‌های خیره‌کننده‌ای را تجربه کرده‌اند؛ اما برقراری جریان پایدار داده بین زمین و فضا همچنان با موانع ساختاری روبه‌رو است.

شبکه‌های ماهواره‌ای دائم با سرعت بالا در حال حرکت‌اند و توپولوژی شبکه ثانیه‌به‌ثانیه تغییر می‌کند. انتقال پتابایت‌ها اطلاعات خام از دیتاسنترهای زمینی به مدار برای پردازش و سپس بازگرداندن نتایج به کاربران، مجرای ارتباطی را به‌شدت تحت‌فشار قرار می‌دهد و پروتکل‌های رایج شبکه را با نوسانات شدید تأخیر روبه‌رو می‌کند که برای کارکردهای ابری مدرن پذیرفتنی نیست.

اما انتقال کلان‌داده‌های حساس شهروندان، اسناد مالی شرکت‌ها و اطلاعات محرمانه‌ی دولت‌ها به زیرساخت‌هایی که در خلأ قانونی خارج از جو قرار دارند، چه عواقبی در پی خواهد داشت؟ اگر اطلاعات در مدار هک شود یا شرکتی از دسترسی دولت به داده‌ها جلوگیری کند، احتمالا قوانین حریم خصوصی و حاکمیت داده‌های زمینی هم به چالش کشیده می‌شوند.

باوجود انبوهی از چالش‌های اساسی، از دردسرهای ترمودینامیکی و فنی گرفته تا موانع اقتصادی، زیست‌محیطی و حتی حقوقی آیا باید پرونده دیتاسنترهای فضایی را برای همیشه ببندیم؟ تحلیلگران صنعت می‌گویند نه لزوما، هرچند این ایده هم واقع‌بینانه نیست که سرورهای فضایی را جایگزین دیتاسنترهای زمینی برای آموزش مدل‌های هوش مصنوعی کنیم.

راهکار منطقی‌تر با مفهومی پردازش لبه برای فضا معرف می‌شود. احتمالا وظیفه‌ی سرورهای مداری آینده پردازش اطلاعاتی خواهد بود که در خود فضا تولید می‌شوند. ماهواره‌ها می‌توانند حجم عظیمی از داده‌های خام هواشناسی، سنجش‌ازدور و رصدهای نجومی را همان‌جا در مدار پردازش کنند و فقط نتایج نهایی و کم‌حجم را به زمین بفرستند.

اما وقتی پای آموزش و اجرای مدل‌های عمومی و سنگین هوش مصنوعی به‌میان می‌آید، زیرساخت‌های عظیم زمینی همچنان بی‌رقیب‌ هستند؛ چرا که ما روی زمین به ارتقای سریع قطعات، شبکه‌های پایدارتر و سیستم‌های خنک‌کننده بسیار قدرتمندتری دسترسی داریم.

از طرفی، همان‌طور که ماسایوشی سان در تحلیلش اشاره کرد، برنده‌ی نبرد هوش مصنوعی در همین چندسال پیش‌رو مشخص می‌شود، نه در دهه‌های آینده. اگر شرکت‌ها بخواهند ده‌ها میلیارد دلار پول و سال‌ها زمان طلایی را صرف توسعه‌ی فناوری‌های پرتاب ارزان، طراحی رادیاتورهای پیچیده‌ی فضایی و حل مشکلات شبکه‌های نوری کنند، از سایر رقبا عقب می‌مانند.

فضا شاید مرز نهایی بلندپروازی‌های بشر باشد؛ اما برای میزبانی از هوش مصنوعی، فعلا زمینی بهتر از همین سیاره‌ی خاکی خودمان پیدا نمی‌شود.