- Weltraumdatenzentren haben bei allen Schlüsselfaktoren wie Stromversorgung, Kühlung, Strahlung und Kommunikation schlechtere Bedingungen als bodengebundene Rechenzentren
- Weder Solar- noch Kernenergie können den für GPUs nötigen Strom ausreichend liefern; selbst mit den Solarpaneelen in ISS-Größe wären nur etwa 200 GPUs betreibbar
- In der Vakuumumgebung ist Konvektionskühlung nicht möglich, daher sind Kühlkörper und komplexe Wärmeregelsysteme nötig, und selbst ein ISS-nahes System kann nur rund 16 GPUs kühlen
- Weltraumstrahlung ist für GPUs und TPUs tödlich, da sie durch Latch-up und SEU Chips beschädigen oder die Leistung massiv absenken kann
- Auch die Kommunikationsbandbreite ist gegenüber dem Boden deutlich geringer, sodass das Konzept insgesamt extrem ineffizient im Verhältnis zu den Kosten ist
Energieversorgung
- Im Weltraum stehen als Energiequelle nur zwei Optionen zur Verfügung: Solarenergie und Kernenergie (RTG)
- Solarenergie hat gegenüber dem Boden kaum Vorteile, da atmosphärische Verluste vernachlässigbar sind
- Die ISS-Solarmodule haben eine Größe von etwa 2.500 m² und eine maximale Leistung von 200 kW, genug für etwa 200 GPUs
- Um die Leistungsstufe von OpenAIs norwegischem Rechenzentrum (100.000 GPUs) zu erreichen, müsste man etwa 500 ISS-Klasse-Satelliten starten
- RTGs liefern nur 50 bis 150 W, was nicht einmal für eine einzige GPU reicht
Grenzen der Wärmekontrolle
- Im Weltraum gibt es keine Luft, daher ist Konvektionskühlung unmöglich; Wärme muss nur über Leitung und Strahlung abgeführt werden
- Das Active Thermal Control System (ATCS) der ISS nutzt einen Ammoniak-Kühlkreislauf und Radiatoren und kann 16 kW (ca. 16 GPUs) verarbeiten
- Die Fläche der Radiatoren beträgt 42,5 m²; für ein 200-kW-System wären 531 m² Radiatorfläche erforderlich
- In diesem Fall würde ein Satellit deutlich größer als die ISS, und könnte nur etwa die Leistung von drei klassischen Serverracks am Boden bieten
- Mit dem Beispiel für den Entwurf eines ultraniedrig-energieverbrauchenden Kamerasystems wird betont, dass Raumfahrt-Hardware extreme Low-Power-Designs erfordert
Problem der Strahlenresistenz
- Weltraumstrahlung besteht aus Sonnenpartikeln und kosmischer Strahlung und kann Chips durch schnelle Teilchen von Elektronen bis zu Sauerstoffkernen schädigen
- Die Hauptauswirkungen sind Single Event Upset (SEU) und Single Event Latch-up
- SEUs führen zu vorübergehenden Bitfehlern, während ein Latch-up zu dauerhaften Chip-Schäden führt
- Bei langfristigem Betrieb kommt es durch den Total-Dose-Effekt zu Transistorleistungsabfall sowie abnehmender Taktfrequenz und steigendem Energieverbrauch
- Abschirmung ist nur begrenzt wirksam und kann durch Massezunahme und das Risiko sekundärer Partikel sogar kontraproduktiv werden
- GPUs und TPUs sind wegen kleiner Transistoren und großer Die-Flächen besonders anfällig für Strahlung
- Raumfahrtchips haben nur die Leistung eines PowerPC-Niveaus von 2005, sodass GPUs mit derselben Fertigungsmethode dramatisch schlechtere Leistung hätten
Kommunikationsbeschränkungen
- Die meisten Satelliten bieten Funkkommunikation mit maximal etwa 1 Gbps Übertragungsrate
- Laskommunikation wird erprobt, ist aber je nach Wetterlage instabil
- Verglichen mit den 100 Gbps+ Rack-to-Rack-Verbindungen in Rechenzentren auf der Erde, ist die Bandbreitenlücke gewaltig
Fazit
- Rechenzentren im Weltraum sind bei Stromversorgung, Kühlung, Strahlung und Kommunikation insgesamt schwer umsetzbar
- Im Vergleich zu Boden-Rechenzentren sind die Kosten übermäßig und die Leistung gering, während die Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb leidet
- Auch technisch machbar wäre es ein Konzept, das ökonomisch und effizient eindeutig nicht stimmt
- Zusammengefasst ist es eine katastrophale Idee, die die Realität von „space is hard“ ignoriert
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
Es ist keine gute Idee, Experten einfach zu glauben, wenn sie sagen: „unmöglich“
Wissenschaft und Technik entwickeln sich ein Begräbnis nach dem anderen weiter
Entscheidend ist, die Kosten für den Zugang zum All mit wiederverwendbaren Raketen um das 10- bis 100-Fache zu senken
Die ISS war ineffizient, weil sie zu einer Zeit entworfen wurde, als der Zugang zum All extrem teuer war
Heute kann man die Wärmetechnik mobiler Geräte oder Strahlungskühlung nutzen
Wenn die Kosten sinken, können auch Menschen mit starkem Praxisgespür statt nur mit Abschlüssen an Raumfahrtprojekten teilnehmen
Kreative Experimente, die auf der Erde unmöglich sind, werden im All möglich — zum Beispiel Konvektion innerhalb eines rotierenden Geräts zu erzeugen
In der Wissenschaft kommen Durchbrüche nur selten von ein paar Genies
Hinter Ausnahmen wie Heisenberg oder Einstein verschwanden Tausende Erfinder von Perpetuum mobile erfolglos in der Bedeutungslosigkeit
Echte wissenschaftliche Fortschritte sind langsam, kollektiv und schrittweise
Manchmal stimmt „unmöglich“ eben doch
So stark der Wille auch sein mag, die Gesetze der Physik lassen sich nicht ignorieren
Der Weltraum ist noch ein Ort, an dem Immobilien fast kostenlos sind
Zumindest bis saudisches Kapital oder Private Equity daraus eine knappe Ressource machen
Ein Witz, aber im All könnte jeder mit der Rakete zum McDonald’s-Drive-through im Weltraum fahren
Wenn man keine Ideen hat, wie die genannten Probleme zu lösen sind, sollte man gar nicht erst anfangen
Es gibt keine Luft und damit kein Medium, das Wärme verteilt
Am Ende steigt die Innentemperatur immer weiter und alles wird zum Ofen des Sonnensystems
Ehrlich gesagt glaube ich nicht, dass ein ernstzunehmendes Unternehmen wirklich beabsichtigt, ein Rechenzentrum im All zu bauen
Das eigentliche Ziel ist, durch die bloße Behauptung, man werde es tun, eine Erzählung zu schaffen, die die Probleme von Rechenzentren auf der Erde überdeckt
Die meisten Menschen wissen nämlich nicht, wie schwierig Wärmeübertragung im Vakuum ist
Aber Solarstrom wird immer billiger, sodass die Versorgung in der Nacht oder an bewölkten Tagen der eigentliche Flaschenhals ist
Tatsächlich ist daran nichts neu, es dient nur dazu, ein „zukunftsorientiertes“ Image aufrechtzuerhalten
Am Ende ist es Marketing, das auf Versprechen über die Zukunft gebaut ist
Weil der Widerstand gegen Rechenzentren wächst, beruhigt man Investoren mit einer Science-Fiction-artigen Vision wie „Dann verlagern wir es eben ins All“
Das ist nicht dumm, denn das Ziel ist, „so schnell wie möglich Geld zu verdienen“
Ich bin auch skeptisch, aber beim Kühlungsproblem halte ich es für unangemessen, die ISS mit einem Schwarm kleiner Satelliten zu vergleichen
Das 16-kW-Kühlsystem der ISS ist für eine große Struktur ausgelegt, Suncatcher hingegen ist ein Kleinsatellit im Bereich von 2 kW
Ein Cluster von Kleinsatelliten, die über optische Links verbunden sind, könnte mit passiver Kühlung auskommen
Die größeren Probleme sind meiner Meinung nach jedoch die Klimafolgen der Starts und die kurze Lebensdauer von fünf Jahren
2 kW sind weit von den Grenzen moderner Satelliten entfernt
Liest man das Buch 『A City on Mars』, heißt es dort, dass autarke Siedlungen auf dem Mond oder Mars nahezu unmöglich seien
Beispiele wie Antarktisstationen oder Biosphere II zeigen, dass sie ohne Nachschub schwer aufrechtzuerhalten sind
Das Fazit lautet, dass das schlechteste Stück Land auf der Erde besser ist als die beste Immobilie auf dem Mars
Nebenbei: Auch die auf HN gepostete Dokumentation über die isolierteste Siedlung der Welt ist interessant
Relevanter Link
Man sollte für eine ausgewogene Sicht auch Gegenpositionen wie 『The Case for Mars』 lesen
Es fehlte ein Ansatz zur Problemlösung
Ich würde stattdessen empfehlen, auch das NSS-Gegenpapier zu lesen
Dass Rechenzentren auf der Erde billiger sind, stimmt, aber im Artikel fehlen ein paar Punkte
Die ISS ist 30 Jahre alte Technik, und heute ist die Effizienz von Solarzellen viel höher
Dank Starship und New Glenn sinken auch die Startkosten rapide
Starlink versorgt bereits Millionen Menschen mit Internet niedriger Latenz
Auch die Übertragung von Solarstrom aus dem All ist nicht länger reine Science-Fiction
Wenn sich die Technik weiterentwickelt, könnte auch das möglich werden, was heute unrealistisch erscheint
Selbst bessere Solareffizienz löst das Kühlungsproblem nicht
Außerdem ist Starlink im Vergleich zu terrestrischer Glasfaser langsamer und latenzstärker
Auch Weltraum-Solarenergie wird seit Jahrzehnten diskutiert, ohne wirtschaftlich zu sein
Schon ein einziges GPU-Rack braucht mehrere Dutzend kW und wiegt Tonnen
Im geostationären Orbit wäre die Stromversorgung zwar stabiler, aber die Latenz höher
Von Lernkurven zu sprechen, bringt ohne echte Fortschritte nichts
Aber Behauptungen ohne Zahlen und Belege sind bedeutungslos
Ich würde gern fragen, ob er wirklich qualifiziert ist, sich mit Leuten zu vergleichen, die tatsächlich Raumfahrthardware gebaut haben
Solarpaneele lassen sich im All viel leichter bauen
Denn Lasten wie Wind, Schwerkraft oder Hagel gibt es dort nicht
Die Wärmeabfuhr kann durch Kühlmittelzirkulation gelöst werden, und bei Abgabe auf hohem Temperaturniveau schrumpft die nötige Radiatorfläche stark
Auch Strahlungsabschirmung wird mit zunehmender Größe effizienter
Letztlich ist es eine Frage der Skalierung, und mit genügend Größe lässt sich das aus meiner Sicht durchaus lösen
Die Idee eines Weltraum-Rechenzentrums wirkt in Wahrheit wie ein Versuch, staatlicher Kontrolle zu entkommen
Der Staat kontrolliert Land, Strom und Internetinfrastruktur
Mit einer unabhängigen Infrastruktur im All könnte man also Vermögenswerte außerhalb staatlichen Einflusses betreiben
Als Asteroidenbergbau und Weltraumbesiedlung möglich wurden, schwand die Macht der Staaten,
und Unternehmen stiegen zu neuen Machtzentren auf
Schließlich ging die Erde durch Krieg und Gray Goo (eine Nanobot-Katastrophe) unter
Die Menschen überlebten, indem sie ihr Bewusstsein in Roboterkörper hochluden
Alle Startunternehmen sind auf staatliche Genehmigungen und Finanzierung angewiesen
Weltrauminfrastruktur ist extrem verwundbar gegenüber staatlichen Angriffen
dass Staaten sie jederzeit leicht zerstören könnten
Aber bei unbemannter Ausrüstung gibt es niemanden, der im Angriffsfall Verantwortung trägt
Der Weltraum ist kein rechtsfreier Wilder Westen
Aus meiner Sicht als jemand, der bei der NASA mit Avioniksystemen gearbeitet hat, fasst dieser Artikel gut zusammen, warum Weltraum-Rechenzentren nicht praktikabel sind
Sowohl SEU (Single Event Upset) als auch Wärmeprobleme sind zentral
Auch die ISS erlebt SEUs im LEO (niedriger Erdorbit), im Südatlantischen Anomaliegebiet sogar noch häufiger
fragt sich als Erstes: „Wie soll da gekühlt werden?“
Die große Korrektur von Airbus hing ebenfalls mit SEU-Problemen zusammen
Mit zwei- bis dreifach redundanter Logik erkennt man Fehler, aber bei GPUs führt das zu Verlusten bei der Parallelität
Am Ende ist es ineffizient
Wenn man die Anfangsinvestition ignoriert, lassen sich vielleicht Kühlkosten sparen
Wahrscheinlich ist genau das der „Selling Point“ dieser Idee
Die wichtigsten Energiequellen im All sind nur Solarenergie und Kernenergie
Deshalb sind weder die US-Regierung noch saudisches Geld besonders wahrscheinlich
Eher wird das Ganze als Privatinvestment oder kryptoartiger Fonds verpackt
Am Ende entsteht wieder nur eine neue Erzählung à la „Weltraum-WeWork + SBF + Musk“
Derzeit befinden sich mehr als 8.000 Starlink-Satelliten im Orbit
Jeder Satellit hat 30 m² Solarpaneele, also insgesamt 240.000 m²
Das ist etwa das Zehnfache der ISS, und die nächste Generation soll mit 250-m²-Paneelen ausgestattet werden
Strahlungsabschirmung und Wärmeabfuhrtechnik sind damit im Grunde schon erprobt
Das einzige verbleibende Problem sind letztlich die Kosten, und die Startkosten für Raumfahrt sinken weiter
Auch die Wartungskosten sind astronomisch
dann gibt es überhaupt keine Wirtschaftlichkeit
Die im Artikel angesprochenen Probleme sind noch immer grundsätzlich ungelöst