پروژه سان‌کچر؛ رویای گوگل برای ساخت دیتاسنترهای هوش مصنوعی در فضا

اول اکتبر ۲۰۲۶، گوگل نخستین ماهواره آزمایشی از پروژه سان‌کچر (Suncatcher) را به مدار زمین فرستاد؛ مأموریتی که در نگاه اول شاید شبیه یکی دیگر از پرتاب‌های متعدد ماهواره‌ای به نظر برسد، اما هدف آن بسیار متفاوت است: بررسی این پرسش که آیا می‌توان در آینده، به‌جای ساختن دیتاسنترهای عظیم روی زمین، بخشی از زیرساخت پردازش هوش مصنوعی را در مدار زمین مستقر کرد یا نه.

ماهواره آزمایشی سان‌کچر که با همکاری شرکت «پلنت لبز» ساخته شده، در جریان مأموریت «ترنسپورتر ۱۸» اسپیس‌ایکس و به وسیله موشک فالکون ۹ از پایگاه وندنبرگ به فضا رفت. گوگل پس از پرتاب اعلام کرد با ماهواره ارتباط برقرار کرده و فضاپیما مطابق انتظار کار می‌کند. این ماهواره هنوز «دیتاسنتر فضایی» به معنای واقعی کلمه محسوب نمی‌شود؛ بلکه نخستین آزمایش عملی برای سنجش دوام تراشه‌های هوش مصنوعی گوگل در محیط فضا است.

اما اگر آزمایش‌های سان‌کچر موفق باشند، ایده‌ای که امروز بسیار عجیب و دست‌نیافتنی به نظر می‌رسد، می‌تواند به یکی از راهکارهای بلندمدت و پایدار در صنعت هوش مصنوعی تبدیل شود: مجموعه‌ای از ماهواره‌های خورشیدی که به یکدیگر متصل‌اند و مانند ابرکامپیوتری عظیم در مدار کار می‌کنند.

رشد هوش مصنوعی یک مشکل بنیادی برای شرکت‌هایی مانند گوگل ایجاد کرده است: مدل‌های بزرگ‌تر به تراشه‌های بیشتر، برق بیشتر و دیتاسنترهای بزرگ‌تر نیاز دارند.

دیتاسنترها یا مراکز داده‌ی هوش مصنوعی فقط مجموعه‌ای از سرورها نیستند. هزاران شتاب‌دهنده هوش مصنوعی باید هم‌زمان با هم کار کنند و به همین دلیل، مقدار بسیار زیادی برق مصرف می‌کنند. این برق باید تولید و به دیتاسنتر منتقل و گرمای تولیدشده نیز باید دفع شود. در نتیجه، ساخت دیتاسنترهای جدید به زمین، زیرساخت برق و سامانه‌های خنک‌کننده نیاز دارد.

اینجاست که فضا برای گوگل جذاب می‌شود.

در مدار مناسب، پنل‌های خورشیدی تقریباً به‌طور مداوم نور خورشید دریافت می‌کنند و دیگر مشکل شب و روز یا ابر و شرایط جوی روی زمین را ندارند. براساس محاسبات گوگل، یک پنل خورشیدی در مدار مناسب می‌تواند تا هشت برابر بیشتر از روی زمین انرژی تولید کند. پروژه سان‌کچر نیز بر مدار نزدیک زمین از نوع «خورشیدآهنگِ نزدیک به مرز روز و شب» تمرکز دارد. ماهواره‌ها در چنین مداری می‌توانند در بخش بزرگی از زمان در معرض نور خورشید باقی بماند.

بنابراین ایده اصلی نسبتاً ساده به‌نظر می‌آید: به‌جای اینکه انرژی خورشیدی روی زمین تولید، به برق تبدیل و از طریق شبکه منتقل شود و در نهایت به دیتاسنتر برسد، پنل خورشیدی، منبع برق و تراشه‌های محاسباتی همگی در فضا قرار بگیرند.

ماهواره‌ای که اول اکتبر پرتاب شد، یک نمونه اولیه نسبتاً کوچک است و نباید آن را با دیتاسنتری در مقیاس گوگل کلاد اشتباه گرفت. این فضاپیما تقریباً ابعادی در حد یخچال دارد و چهار واحد پردازش تنسور (TPU) را حمل می‌کند؛ تراشه‌هایی که گوگل به‌طور اختصاصی برای پردازش‌های یادگیری ماشین طراحی کرده است. فضاپیما قرار است داده‌های واقعی درباره عملکرد TPU-ها در محیط مدار جمع‌آوری کند.

هدف اصلی مأموریت پاسخ به چند سؤال مهندسی است:

• آیا TPU-ها در برابر لرزش و شتاب شدید پرتاب دوام می‌آورند؟
• آیا تابش فضایی محاسبات آن‌ها را مختل می‌کند؟
• آیا می‌توان گرمای تولیدشده توسط تراشه‌ها را در خلأ فضا دفع کرد؟
• و در نهایت، آیا معماری سخت‌افزاری مورد استفاده روی زمین می‌تواند مبنای سیستم‌های محاسباتی فضایی آینده قرار بگیرد؟

گوگل پیش از پرتاب، بخش مهمی از این آزمایش‌ها را روی زمین انجام داده بود، اما بعضی از شرایط را فقط می‌توان در مدار آزمایش کرد.

یکی از جالب‌ترین تناقض‌های پروژه سان‌کچر این است که شاید تصور کنیم قراردادن دیتاسنتر در فضای سرد مشکل گرما را حل می‌کند. اما در واقع چنین نیست. روی زمین، سرورها می‌توانند با جریان هوا یا سامانه‌های خنک‌کننده مایع گرمای خود را به محیط منتقل کنند؛ اما در فضا، اطراف ماهواره خلأ است و هوایی در کار نیست که گرما را با خود ببرد.

همین محدودیت باعث شده ماهواره آزمایشی سان‌کچر نتواند تراشه‌هایش را برای مدت طولانی با توان بالا روشن نگه دارد. براساس گزارش‌ها، TPU-ها برای آزمایش‌های محاسباتی در بازه‌های حدود ۱۵ دقیقه‌ای کار می‌کنند و سپس برای دفع گرما باید خاموش شوند. ماهواره آزمایشی گوگل حتی می‌تواند مدل‌های هوش مصنوعی جما را اجرا کند، اما هدف اصلی، ارائه سرویس هوش مصنوعی از فضا نیست؛ بلکه آزمایش رفتار سخت‌افزار است.

همین محدودیت نشان می‌دهد که فاصله‌ی میان «تراشه‌ای که در فضا کار می‌کند» و «دیتاسنتر فضایی که بتواند شبانه‌روز کار کند»، هنوز بسیار زیاد است.

تابش نیز مشکل بزرگی برای تراشه‌ها است. در جو و میدان مغناطیسی زمین، سخت‌افزارهای زمینی تا حد زیادی از ذرات پرانرژی فضا محافظت می‌شوند. اما ماهواره‌ها پیوسته در معرض ذرات پرانرژی و تابش‌های یون‌ساز قرار دارند. این ذرات می‌توانند به مدارهای الکترونیکی آسیب بزنند یا حتی باعث تغییر وضعیت یک بیت شوند؛ اتفاقی که در سیستم‌های محاسباتی حساس می‌تواند نتیجه یک محاسبه را تغییر دهد.

گوگل برای بررسی مسئله تابش‌ها، تراشه‌های تنسور نسل «تریلیوم» را در آزمایشگاه ملی کراکر دانشگاه کالیفرنیا در دیویس، در معرض پرتو پروتون قرار داد. نتایج اولیه امیدوارکننده بود: زیرسیستم حافظه پهن‌باند یا HBM حساس‌ترین بخش تراشه بود، اما نخستین بی‌نظمی‌ها پس از دریافت دوزی حدود سه برابر بیشتر از دوز مورد انتظار برای مأموریتی پنج‌ساله مشاهده شد. همچنین یک تراشه تا دوز تجمعی ۱۵ کیلوگری بدون خرابی دائمی منتسب به دوز تابشی مورد آزمایش قرار گرفت.

بااین‌حال، آزمایش زمینی جای آزمایش واقعی در مدار را نمی‌گیرد. به همین دلیل ماهواره سان‌کچر اکنون فرصت دارد رفتار واحدهای پردازش تنسور را در محیط واقعی فضا بررسی کند.

فرض کنیم گوگل بتواند یک ماهواره را با صدها واحد پردازش تنسور، پنل خورشیدی و رادیاتور در مدار فعال نگه دارد. اما یک ماهواره به‌تنهایی برای ساخت یک دیتاسنتر هوش مصنوعی کافی نیست.

مدل‌های بزرگ هوش مصنوعی به هزاران شتاب‌دهنده نیاز دارند که باید با سرعت بسیار بالا با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. در دیتاسنترهای زمینی، این تراشه‌ها در شبکه‌هایی با پهنای باند بسیار بالا به یکدیگر متصل‌اند. پس راه‌حل سان‌کچر، ساخت ماهواره‌ای غول‌پیکر نیست. گوگل در عوض پیشنهاد کرده تعداد زیادی ماهواره کوچک‌تر را به یک خوشه محاسباتی تبدیل کند.

هر ماهواره ده‌ها TPU حمل خواهد کرد و ماهواره‌ها با استفاده از ارتباطات نوری لیزری به یکدیگر متصل خواهند شد. اما اینجا یک مشکل بزرگ دیگر ظاهر می‌شود: فاصله میان ماهواره‌ها.

برای رسیدن به چنین سرعتی، ماهواره‌ها باید بسیار نزدیک به یکدیگر پرواز کنند؛ در حد صدها متر تا چند کیلومتر. گوگل حتی یک نمونه آزمایشگاهی از سامانه ارتباطی خود ساخته که با یک جفت فرستنده و گیرنده نوری به سرعت دوطرفه مجموعاً ۱٫۶ ترابیت بر ثانیه رسیده است. اما حفظ ده‌ها یا صدها ماهواره در چنین پیکربندی فشرده‌ای، خود یک مسئله پیچیده مداری است.

در طرح کنونی گوگل، ماهواره‌ها در مدار خورشیدآهنگ پایین زمین و در آرایش‌های نزدیک به هم پرواز می‌کنند. هر ماهواره بخشی از توان محاسباتی را در اختیار دارد و ارتباط لیزری بین آن‌ها باعث می‌شود مجموعه بتواند به‌صورت یک سیستم محاسباتی یکپارچه عمل کند.

به بیان ساده، به‌جای یک دیتاسنتر بسیار بزرگ، با خوشه‌ای از ماهواره‌های کوچک مواجه خواهیم بود که در فضا مانند سرورهای یک دیتاسنتر با یکدیگر صحبت می‌کنند. این معماری مزیتی مهم دارد: اگر یک ماهواره از کار بیفتد، کل زیرساخت الزاماً از بین نمی‌رود. همچنین می‌توان تعداد ماهواره‌ها را به‌تدریج افزایش داد و ظرفیت محاسباتی را مقیاس‌پذیر کرد.

گوگل در مطالعه اولیه خود دیتاسنتری متشکل از ۸۱ ماهواره را بررسی کرده است که در یک خوشه با شعاع حدود یک کیلومتر به یکدیگر متصل می‌شوند. این شرکت می‌گوید چنین معماری ماژولاری در صورت توسعه به مقیاس‌های بسیار بزرگ‌تر، می‌تواند در نهایت به ظرفیت محاسباتی در مقیاس چندین تراوات دست پیدا کند.

بزرگ‌ترین مانع اقتصادی دیتاسنترهای فضایی، هزینه رساندن تجهیزات به مدار است. گوگل در مطالعه سان‌کچر، هزینه کنونی پرتاب به مدار پایین زمین را حدود ۳۶۰۰ دلار به ازای هر کیلوگرم در نظر گرفته است؛ رقمی که براساس هزینه‌های مرتبط با پرتاب‌های فالکون ۹ و استقرار ماهواره‌های استارلینک محاسبه شده است.

این هزینه برای ساخت دیتاسنتر فضایی در مقیاس بزرگ بسیار زیاد است، زیرا هر ماهواره علاوه بر تراشه‌های محاسباتی، به پنل‌های خورشیدی، رادیاتور، سازه و تجهیزات ارتباطی نیاز دارد. مدل اقتصادی گوگل نشان می‌دهد که برای رقابت با دیتاسنترهای زمینی، هزینه رساندن هر کیلوگرم محموله به مدار باید تا میانه دهه ۲۰۳۰ به حدود ۲۰۰ دلار کاهش پیدا کند؛ یعنی تقریباً ۱۸ برابر کمتر از عدد کنونی.

اینجاست که موشک استارشیپ اسپیس‌ایکس اهمیت پیدا می‌کند. پژوهشگران گوگل می‌گویند رسیدن به چنین هزینه‌ای تا حدود سال ۲۰۳۵، بدون استفاده از وسایل پرتابی در کلاس استارشیپ بعید است. در سناریوی مورد بررسی گوگل، برای ساخت زیرساخت فضایی موردنظر به حدود ۱۸۰۰ پرتاب استارشیپ و انتقال مجموعاً حدود ۳۷۰هزار تن تجهیزات به مدار نیاز خواهد بود.

بنابراین می‌توان گفت گوگل روی ظهور موشک‌هایی در کلاس استارشیپ حساب کرده است، اما بدین معنا نیست که سان‌کچر به استارشیپ وابسته شده یا قراردادی برای پرتاب ماهواره‌های آینده با اسپیس‌ایکس دارد.

اهمیت استارشیپ برای سان‌کچر در مقیاس آینده پروژه است. اگر قرار باشد صدها یا هزاران ماهواره برای ساخت یک زیرساخت محاسباتی مداری به فضا فرستاده شوند، حتی چند هزار دلار برای هر کیلوگرم می‌تواند هزینه پروژه را سرسام‌آور کند. در مقابل، موشکی که بتواند صدها تن محموله را با هزینه‌ای بسیار پایین‌تر به مدار برساند، می‌تواند معادله اقتصادی دیتاسنترهای فضایی را تغییر دهد.

یکی از جذاب‌ترین وعده‌های سان‌کچر این است که می‌تواند بخشی از فشار زیست‌محیطی دیتاسنترهای زمینی را کاهش دهد. در فضا خبری از مصرف آب برای خنک‌سازی به شیوه‌های زمینی نیست، زمین زیادی اشغال نمی‌شود و انرژی خورشیدی تقریباً دائماً در دسترس است؛ درنتیجه به‌نظر می‌آید که قراردادن دیتاسنترها در فضا برای سیاره بسیار مفید است.

اما این داستان یک طرف دیگر هم دارد. پرتاب موشک‌ها انرژی و مواد زیادی مصرف می‌کند و هرچه تعداد ماهواره‌ها بیشتر شود، تعداد پرتاب‌ها نیز افزایش می‌یابد. افزون بر آن، ماهواره‌ها در پایان عمر باید از مدار خارج شوند و ورود مجدد قطعات به جو نیز پیامدهای زیست‌محیطی خود را دارد.

بررسی‌های ساینتیفیک آمریکن نشان می‌دهند که مقایسه زیست‌محیطی دیتاسنترهای فضایی با زمینی به این سادگی نیست. حتی اگر برق یک دیتاسنتر فضایی کاملاً خورشیدی باشد، انتشار ناشی از تولید سخت‌افزار، پرتاب موشک و بازگشت اجزای فضاپیما به جو می‌تواند بخش مهمی از مزیت آن را خنثی کند.

بنابراین «خورشیدی بودن» به‌تنهایی به معنی «پاک بودن» نیست.

اگر روزی میلیون‌ها یا حتی صدها هزار ماهواره برای پردازش هوش مصنوعی به مدار فرستاده شوند، مسئله فقط انرژی و هزینه نخواهد بود.

ماهواره‌های بزرگ با پنل‌های خورشیدی وسیع می‌توانند نور خورشید را بازتاب دهند و به اجرام درخشان متحرک در آسمان تبدیل شوند. این مسئله می‌تواند رصدهای نجومی را مختل کند و در مقیاس‌های بزرگ‌تر، ظاهر آسمان شب را تغییر دهد.

این نگرانی در سال‌های اخیر با گسترش منظومه‌های ماهواره‌ای شدت گرفته است. پژوهشی در سال ۲۰۲۶ به این نتیجه رسید که اگر روزی شمار ماهواره‌های درحال گردش در مدار زمین به صدهزار فروند برسد، تلسکوپ‌های زمینی دیگر امکان رصد آسمان شب را از دست می‌دهند و انجام بخش عمده‌ی پژوهش‌های نجومی تقریباً غیرممکن می‌شود.

سان‌کچر فعلاً در مقیاسی نیست که چنین اثری ایجاد کند؛ اما اگر ایده به یک زیرساخت جهانی تبدیل شود، تعداد و ابعاد ماهواره‌ها دیگر موضوعی صرفاً مهندسی نخواهد بود.

ماهواره‌ای که پنجشنبه اول اکتبر پرتاب شد، در واقع آغاز مرحله‌ای است که گوگل باید نظریه‌هایش را با داده‌های واقعی مقایسه کند.

گوگل پیش‌تر گفته بود در گام بعدی، دو ماهواره آزمایشی دیگر را در سال ۲۰۲۷ به مدار می‌فرستد تا علاوه بر بررسی سخت‌افزار، ارتباطات نوری بین ماهواره‌ها را نیز آزمایش کند. این آزمایش‌ها برای پاسخ‌دادن به یکی از دشوارترین پرسش‌های سان‌کچر ضروری‌اند: آیا می‌توان تعداد زیادی ماهواره را آن‌قدر نزدیک به هم نگه داشت که مانند اجزای یک دیتاسنتر واحد کار کنند؟

در صورت موفقیت، مراحل بعدی بسیار بزرگ‌تر خواهند بود؛ اما هنوز هیچ جدول زمانی مشخصی برای تبدیل سان‌کچر به یک سرویس تجاری وجود ندارد. گوگل خودش نیز این پروژه را یک پروژه بلندپروازانه پژوهشی می‌داند، نه محصولی آماده برای عرضه به مشتریان.

پاسخ فعلاً مشخص نیست. از یک طرف، منطق پایه سان‌کچر کاملاً قابل فهم است: هوش مصنوعی به برق بیشتری نیاز دارد، خورشید منبع عظیمی از انرژی است و در مدار مناسب می‌توان تقریباً به‌طور مداوم از آن استفاده کرد. از سوی دیگر، فضا مجموعه‌ای از مشکلات جدید را ایجاد می‌کند که دیتاسنترهای زمینی با آن‌ها روبه‌رو نیستند: تابش، خلأ، دفع گرما، تعمیر و نگهداری، ارتباطات، کنترل آرایش ماهواره‌ها، زباله‌های فضایی و هزینه پرتاب.

در واقع، سان‌کچر هنوز به دنبال اثبات این نیست که دیتاسنتر فضایی اقتصادی است؛ نخست باید ثابت کند که اصلاً می‌توان سخت‌افزار محاسباتی قدرتمند را به‌شکل قابل اتکا در مدار به کار گرفت.

اگر TPU-ها دوام بیاورند، سامانه خنک‌سازی بهتر شود، ارتباطات لیزری به سرعت مورد نیاز برسد و هزینه پرتاب نیز کاهش پیدا کند، آن‌وقت ایده دیتاسنترهای فضایی از طرح مفهومی به گزینه مهندسی جدی‌تر تبدیل خواهد شد.

اما اگر یکی از همین حلقه‌ها شکست بخورد، ممکن است معلوم شود که بهترین مکان برای پردازش هوش مصنوعی، با وجود تمام محدودیت‌هایش، همچنان همان جایی است که از ابتدا بوده است: روی زمین.