Google vuole portare le AI nello spazio con Project Suncatcher

Google sta per mettere alla prova nello spazio la fattibilità del suo Project Suncatcher (in italiano potrebbe essere reso letteralmente come “Progetto cattura-Sole”): un nome che è tutto un programma. Lo scopo di questo progetto è sostanzialmente quello di arrivare un giorno a ospitare nello spazio «un’infrastruttura scalabile per l’apprendimento automatico», per citare direttamente Google. Nel raggiungere questo obiettivo a lungo termine, oggi Google si appresta a lanciare in orbita un satellite dimostrativo per valutare il comportamenti dei chip proprietari TPU nello spazio.

Il satellite che li trasporterà sarà molto lontano dall'essere un vero data center orbitale, ma rappresenta il primo passo concreto di Project Suncatcher. La missione iniziale avverrà a bordo della prossima missione di rideshare Transporter-18 con SpaceX ed è stata sviluppata in collaborazione con Planet.

La genesi del progetto e i primi test

L'idea è nata nel 2023, quando Blaise Agüera y Arcas, tra i responsabili dello sviluppo dell'intelligenza artificiale di Google, si interrogava sulla crescente quantità di energia richiesta dai data center. Da qui è arrivata una domanda: perché non sfruttare direttamente l'energia del Sole nello spazio e costruire in futuro infrastrutture di calcolo in orbita?

Il satellite sperimentale, sviluppato insieme a Planet Labs, porterà nello spazio quattro TPU (Tensor Processing Unit), i microchip che Google utilizza per accelerare i calcoli necessari ai sistemi di intelligenza artificiale. La loro capacità complessiva sarà paragonabile a quella di un singolo server, cioè uno dei computer che, moltiplicati per migliaia di unità, costituiscono normalmente un data center.

Il primo obiettivo, quindi, non sarà far funzionare un'infrastruttura AI colossale nello spazio, ma procedere a piccoli passi e verificare innanzitutto se queste TPU riescono effettivamente a lavorare in orbita, in condizioni ben diverse da quelle terrestri. Durante il lancio, che dura una decina di minuti circa, il satellite deve infatti sopportare vibrazioni molto intense, nonché accelerazioni che possono arrivare a 10 volte la forza di gravità. I singoli componenti possono essere sottoposti a sollecitazioni ancora maggiori, fino a 50-100 volte la forza di gravità.

I primi test eseguiti dal team di Google in ambienti che simulano queste condizioni complesse hanno dato i primi esiti positivi. A questo proposito Google ha spiegato:

Il team ha condotto prove di vibrazione scuotendo intensamente il satellite su tutti e tre gli assi per simulare le frequenze di un lancio spaziale. Test come questo raramente vanno come previsto, quindi siamo rimasti piacevolmente sorpresi dal fatto che l’hardware abbia resistito alla forza.

Ma superare le complesse condizioni dovute al lancio è solo una delle tante sfide a cui l’hardware di Google è chiamato a resistere. Un altro problema deriva dalle radiazioni. Sappiamo bene come sulla Terra l'atmosfera faccia da scudo e contribuisca a proteggerci dalle particelle ad alta energia provenienti dallo spazio. In orbita, invece, l'elettronica è maggiormente esposta ai raggi cosmici e agli eventi solari. Per capire come avrebbero reagito le TPU, gli ingegneri di Google le hanno sottoposte a un bombardamento di particelle presso il Crocker Nuclear Laboratory dell'Università della California, a Davis.

Tra gli effetti osservati c'erano i cosiddetti bit-flip, cioè cambiamenti temporanei dello stato di un bit. Il bit è la più piccola unità di misura dell'informazione digitale e può avere solo due valori: 0 (spento) oppure 1 (acceso). Spiegato in termini spiccioli, quando avviene il fenomeno del bit-flip questi valori possono “sballarsi” e gli 0 possono diventare 1 o viceversa. I test condotti da Google hanno simulato una quantità di radiazioni superiore a quella che i processori dovrebbero ricevere durante una missione di cinque anni e a quanto pare le TPU hanno resistito bene e gli errori imputabili al fenomeno del bit-flipping sono rimasti in un range di tollerabilità piuttosto accettabile.

Un’altra sfida è rappresentata dal calore. I processori consumano energia e una parte di questa viene inevitabilmente trasformata in calore. Sulla Terra i data center possono utilizzare aria e acqua per trasferirlo lontano dai server. Nello spazio, però, non c'è atmosfera e quindi non è possibile affidarsi alla convezione, cioè al trasferimento di calore attraverso un fluido in movimento.

Il calore deve quindi essere disperso attraverso l'irraggiamento, emettendo energia sotto forma di radiazione infrarossa e per farlo servono radiatori. Per questo Google sta sperimentando sistemi basati anche sulla combinazione di tubi di calore e radiatori, testandoli in camere termiche a vuoto che simulano le condizioni dello spazio.

Nel prototipo attuale, le TPU possono lavorare per circa 15 minuti prima di dover essere spente per raffreddarsi. Durante la missione potranno quindi essere utilizzate per elaborazioni relativamente semplici.

L’energia solare: una potente alleata da sfruttare

Un vantaggio nel portare i sistemi di calcolo in orbita deriva dalla possibilità di sfruttare l’energia solare con maggior efficienza rispetto a quanto fattibile sulla Terra. Senza l'atmosfera terrestre a filtrare parte della radiazione solare, i pannelli fotovoltaici possono ricevere una quantità di luce molto maggiore e, secondo Google, possono arrivare a produrre fino a otto volte più energia solare rispetto alla Terra. L'obiettivo a lungo termine sarebbe quindi quella di sfruttare questo vantaggio collegando tra loro molti satelliti dotati di processori AI.

Per farli lavorare come un'unica infrastruttura, però, serviranno collegamenti estremamente veloci. I satelliti dovranno comunicare tra loro utilizzando fasci laser e conoscere continuamente la propria posizione e quella dei satelliti vicini. La difficoltà è notevole: i laser dovranno garantire una larghezza di banda molto elevata e su distanze relativamente brevi per mantenere una precisione paragonabile, per rendere l'idea, a quella necessaria per colpire una moneta da chilometri di distanza mentre sia il bersaglio sia il punto di partenza sono in movimento.

Google prevede di testare questa parte del progetto nel 2027, quando dovrebbero essere messi in orbita altri due satelliti. Il colosso tecnologico di Mountain View ha annunciato inoltre di essere già al lavoro su altri 80 satelliti che, difatti, potrebbero costituire un primo nucleo di quella che potrebbe diventare un'infrastruttura di calcolo orbitale. Almeno queste sono le intenzioni di Google.

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