地球快養(yǎng)不起 AI 了，谷歌英偉達(dá)被逼上太空，結(jié)果便宜了馬斯克

剛剛，Google 正式啟動(dòng)數(shù)據(jù)中心登月計(jì)劃，打算把自己的算力都放到太空。他們還給這個(gè)計(jì)劃起了個(gè)很酷的名字，叫做 Project Suncatcher，太陽捕手計(jì)劃。

Google 的想法很簡單，與其在地球上爭搶日漸枯竭的資源，不如去太空中直連太陽能。這個(gè)全新的登月計(jì)劃，目標(biāo)也只有一個(gè)，在太空中建立一個(gè)由太陽能驅(qū)動(dòng)的、可擴(kuò)展的 AI 基礎(chǔ)設(shè)施。

前些天，OpenAI 的 CEO 奧特曼和微軟 CEO Satya Nadella 納德拉，在播客節(jié)目上表示，

我今天的問題不是芯片供應(yīng)問題；事實(shí)是，我沒有足夠的暖殼（warm shells）來插入它們。

聽著相當(dāng)凡爾賽，畢竟在這場 AI 浪潮之前，我們一直以為算力就是一切。

▲奧特曼和納德拉

但就像奧特曼在節(jié)目里面說，AI 的未來，更多地需要能源上的突破，訂購的 AI 芯片太多，配套的數(shù)據(jù)中心和電力跟不上也是白搭。

AI 耗電有多離譜，根據(jù)國際能源署 ( IEA ) 的數(shù)據(jù)，到 2030 年，全球數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的耗電量，預(yù)計(jì)將與整個(gè)日本的國家耗電量相當(dāng)。

不只是電，還有水。世界經(jīng)濟(jì)論壇的數(shù)據(jù)顯示，一個(gè) 1 兆瓦的數(shù)據(jù)中心，每天消耗的水量，與大約 1000 名發(fā)達(dá)國家居民的用水量相同。

▲一塊英偉達(dá) H100 芯片的最高功耗可達(dá)到 700W，大約是家用微波爐的功耗，而一個(gè)數(shù)據(jù)中心的 H100 顯卡數(shù)量是以萬為單位，且不間斷運(yùn)行

而就在最近五年，數(shù)據(jù)中心的需求開始狂飆，但增長速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了，規(guī)劃新發(fā)電能力的速度。

Google 為了解決同樣的問題，他們的計(jì)劃，是發(fā)射一個(gè)由太陽能驅(qū)動(dòng)、搭載 Google 自研 TPU 芯片（用于計(jì)算，類似英偉達(dá)的 GPU）的衛(wèi)星星座，在太空中組建一個(gè)「軌道 AI 數(shù)據(jù)中心」。

太空一定比地球更便宜、更高效嗎？

為什么是太空？Google 的理由簡單粗暴。

1、8 倍效率： 如果搭載芯片的衛(wèi)星，在正確的軌道上，太陽能板的效率是地球的 8 倍。

2、7*24 不間斷供電： 太空沒有黑夜和云層，對(duì)比地球上的太陽能板，可以持續(xù)產(chǎn)生電力。

▲ 馬斯克發(fā) X 說太空的 AI 衛(wèi)星能保護(hù)地球

3、零資源消耗： 在太空，數(shù)據(jù)中心不需要消耗地球有限的土地，也無需消耗大量水資源做冷卻工作。

▲ 蘋果、華為、騰訊、以及移動(dòng)等公司在貴州設(shè)立數(shù)據(jù)中心，圖片來源：新華社

目前地球上的數(shù)據(jù)中心，越來越接近能源瓶頸，建在冰島、挪威，是為了冷；建在內(nèi)華達(dá)沙漠，是為了電。像在國內(nèi)，多數(shù)大廠的數(shù)據(jù)中心都放在貴州、寧夏中衛(wèi)等，靠環(huán)境來降溫。

但是太空的環(huán)境，遠(yuǎn)比地球復(fù)雜。Google 在自己的研究論文里面，詳細(xì)提到目前遇到的難點(diǎn)，以及用于應(yīng)對(duì)的方法。

讓 AI 「登天」，Google 要解決三大難題

難題一：太空「局域網(wǎng)」？

AI 訓(xùn)練需要海量芯片協(xié)同作戰(zhàn)，彼此間的連接帶寬和延遲要求極高。在地球上我們可以用光纖實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，在太空怎么辦？

Google 的方案：編隊(duì)飛行 + 激光通信。

他們計(jì)劃讓衛(wèi)星「飛得非常近」，彼此相距僅公里級(jí)或更近。

在他們一個(gè) 81 顆衛(wèi)星的模擬星座中，每顆衛(wèi)星都配有太陽能陣列、輻射冷卻系統(tǒng)，以及高帶寬光學(xué)通信模塊；且衛(wèi)星間的距離僅在 100-200 米之間動(dòng)態(tài)變化。

在如此近的距離上，它們可以通過自由空間光通信（FSO ISL，F(xiàn)ree-Space Optical Inter-Satellite Links），實(shí)現(xiàn)高速互聯(lián)。Google 在論文中透露，他們的演示已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)了 1.6 Tbps 的雙向傳輸速率。

難題二：宇宙「輻射」？

太空環(huán)境極其惡劣，太陽在提供能源的同時(shí)，也噴射出致命的高能粒子（輻射），這對(duì)尖端芯片直接是毀滅性打擊。

▲ 圖源 NASA

Google 的方案：硬扛。

他們把自家的 Cloud TPU v6e ( Trillium ) 芯片送進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室，用 67 MeV 的質(zhì)子束轟擊它。

結(jié)果是「驚人地抗輻射 ( surprisingly radiation-hard ) 」，TPU 最敏感的高帶寬內(nèi)存 ( HBM ) ，在承受了 2 krad ( Si ) 的劑量后才開始出現(xiàn)異常，這幾乎是 5 年任務(wù)預(yù)期輻射劑量（750 rad ( Si ) ）的近 3 倍。

這意味著 Google 的 TPU 可在低地軌道連續(xù)運(yùn)行 5 年，無永久損傷。

Google 計(jì)劃在 2027 年前與 Planet 公司合作，發(fā)射兩顆原型衛(wèi)星，測試實(shí)際運(yùn)行環(huán)境。

▲ Planet 公司官網(wǎng)，主要從事衛(wèi)星圖像和地球數(shù)據(jù)的分析

難題三：數(shù)據(jù)回傳

在太空上，各個(gè) GPU 之間的數(shù)據(jù)傳輸是做到了快速高效，但是就算在太空算完了，數(shù)據(jù)怎么高速傳回地球？

這是一個(gè) Google 在論文中承認(rèn)、尚待解決的重大挑戰(zhàn)。

延遲問題： Google 選擇的「晨昏同步軌道」，雖然太陽能拉滿，但論文承認(rèn)這將會(huì)增加到某些地面位置的延遲。

帶寬瓶頸： 目前的「地 - 空」光通信的最高紀(jì)錄，還是 NASA 在 2023 年創(chuàng)下的 200 Gbps。

200 Gbps 聽起來很快，但對(duì)于一個(gè)太空 AI 數(shù)據(jù)中心來說，這根水管遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠用。

然而，在所有這些（局域網(wǎng)、輻射、地面通信）高難度的技術(shù)挑戰(zhàn)之上，還壓著一個(gè)最根本、最致命的障礙，它決定了前面的一切是否值得去解決，上天成本。

這曾是最大的障礙，把一公斤重的東西送上天，曾經(jīng)比同等重量的黃金還貴。

▲ 一系列低地軌道衛(wèi)星的發(fā)射費(fèi)用對(duì)比

Google 在論文中計(jì)算過一筆賬，如果 SpaceX 的發(fā)射成本能降到 $200/kg（預(yù)計(jì) 2035 年左右），則太空數(shù)據(jù)中心的單位功率成本，能與地面數(shù)據(jù)中心持平，約 $810/kW/ 年，與美國本土數(shù)據(jù)中心的 $570 – 3000/kW/ 年區(qū)間完全重疊。

換句話說，當(dāng)火箭便宜到一定程度，太空就會(huì)比地球更適合建數(shù)據(jù)中心。

然而，現(xiàn)實(shí)是目前的發(fā)射價(jià)格，是這個(gè)理想價(jià)格的十倍以上。

誰能讓這件事發(fā)生？SpaceX

Google 在他們的論文里，明確采用了 SpaceX 的學(xué)習(xí)曲線假設(shè)：每當(dāng)總發(fā)射質(zhì)量翻倍，單位發(fā)射成本下降 20%。

▲ 自首次成功發(fā)射獵鷹 Falcon 1 號(hào)以來，按最低實(shí)現(xiàn)價(jià)格計(jì)算的 SpaceX 有效載荷質(zhì)量，針對(duì)不同類別火箭逐步變化

從 Falcon 1 到 Falcon Heavy，SpaceX 已把發(fā)射成本從 $30000/kg 降到 $1800/kg；而 Starship 的目標(biāo)，是 10 × 可重復(fù)使用率下的 $60/kg，極限情況下可降到 $15/kg。

這意味著，SpaceX 很有可能成為支撐 Google 太空數(shù)據(jù)中心經(jīng)濟(jì)模型的公司。

如果說英偉達(dá)壟斷了地球上的 GPU，那么 SpaceX，將來就可能壟斷太空中的算力空間。

在地球上，英偉達(dá)賣 GPU；在太空里，SpaceX 賣軌道。

就在 Google 發(fā)布論文的幾天前，11 月 2 日，英偉達(dá)強(qiáng)大的 H100 GPU 已經(jīng)「首次」被送入太空。

這顆 H100 被搭載在一家名為 Starcloud 的初創(chuàng)公司的衛(wèi)星上，其在軌算力比以往任何太空計(jì)算機(jī)強(qiáng) 100 倍。

▲ Starcloud 創(chuàng)辦于 2024 年，誕生之初就是致力于在太空建立數(shù)據(jù)中心，獲得了英偉達(dá)、YC 等投資。

它們的任務(wù)更直接，在軌實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)。Starcloud 的 CEO 舉例：一顆 SAR（雷達(dá)成像）衛(wèi)星的原始數(shù)據(jù)極其龐大，與其下載數(shù)百 B 的原始數(shù)據(jù)，不如在軌用 H100 分析，只傳回 1KB 大小的結(jié)果，比如「一艘船在某位置，速度 多少」。

而當(dāng)被問到這一切如何實(shí)現(xiàn)時(shí)，Starcloud 的 CEO 同樣指向了馬斯克：他們的愿景，完全依賴于「SpaceX Starship 帶來的成本降低」。

搭載了英偉達(dá) H100 GPU 的 Starcloud-1 衛(wèi)星，正是通過馬斯克的 SpaceX，Bandwagon 4 Falcon 9 航班發(fā)射升空的。

過去五年，英偉達(dá)一次次刷新最高市值記錄，關(guān)鍵在于它提供了最強(qiáng)的算力單元（GPU）；它掌控了 CUDA（英偉達(dá)通用計(jì)算平臺(tái)）生態(tài)，形成軟件鎖定；它成為所有 AI 公司（OpenAI、Anthropic、Google）的算力上游。

而在太空算力時(shí)代，這三點(diǎn)都可能都將被重新分配，那個(gè)時(shí)候，算力空間才是下一個(gè)紅利。

AI 的極限，也許才剛剛開始。