Il piano di SpaceX: portare fino a 1 milione di data center nello spazio per addestrare l’AI

SpaceX ha da poco svelato i piani per portare in orbita un 1 milione di satelliti adibiti a data center dedicati al training e all’uso dell'IA. Si tratterebbe di una vera e propria megacostellazione satellitare che farebbe impallidire le altre costellazioni attualmente operative (Starlink di SpaceX ha circa 10 mila satelliti attivi).

Alcuni mesi fa l’azienda aveva infatti incorporato xAI (la startup di intelligenza artificiale fondata da Elon Musk che ha sviluppato il modello LLM denominato Grok) in un'operazione che ha portato all’unione delle infrastrutture spaziali con quelle per lo sviluppo dei modelli di intelligenza artificiale. Portare le infrastrutture per il training dei modelli di intelligenza artificiale nello spazio orbitale offrirebbe l’enorme vantaggio di avere una sorgente di energia praticamente illimitata: la radiazione solare. Inoltre risolverebbe il problema del calore: i data center terrestri infatti consumano enormi quantità di acqua ed energia per il raffreddamento dei processori. Questa operazione, tuttavia, non sarebbe priva di rischi.

Il vero vantaggio è l’energia solare 24 ore su 24

Sulla Terra arrivano dal Sole complessivamente circa 170 milioni di Gigawatt al secondo di radiazione convertibile in energia elettrica. Per dare una stima, le più grandi centrali nucleari moderne producono in media circa 1 Gigawatt al secondo. Con questa potenza mediamente è possibile fornire energia elettrica a una città di circa un milione di abitanti.

Il principale vantaggio di operare nello spazio orbitale è rappresentato insomma proprio dalla possibilità di avere un accesso continuo all’energia del Sole per alimentare e raffreddare le strutture informatiche dei data center, superando anche la limitazione dell’alternanza giorno e notte delle centrali solari dispiegate sulla superficie terrestre. L'addestramento e l'uso dei modelli di IA richiedono infatti infrastrutture di calcolo dedicate composte da migliaia di GPU (Graphic Processing Unit) in parallelo che operano continuamente 24 ore al giorno. Questi processori grafici sono utilizzati per far girare gli algoritmi di machine learning che usiamo ogni giorno quando chattiamo con ChatGPT o Gemini.

A livello globale i data center nel loro insieme consumano circa il 2% dell'elettricità totale che viene prodotta dalle centrali elettriche di tutto il pianeta Terra. I data center terrestri dipendono dalle reti elettriche locali e la costruzione dei loro impianti spesso si scontra non solo con il costo delle bollette elettriche e i limiti di impatto ecologico (le enormi quantità di acqua usate per raffreddare i server di calcolo), ma anche con notevoli difficoltà di permessi e norme dedicate alla gestione dei dati che dipendono dalle singole legislazioni statali.

Lo spazio orbitale extra-atmosferico invece non ha una regolamentazione sovrana ed è quindi slegato da ogni forma di possibile regolamentazione nazionale. Portare i data center nello spazio garantirebbe quindi non solo una fonte di energia infinita ma aggirerebbe una notevole quantità di difficoltà burocratiche e amministrative.

La megacostellazione in numeri e i costi del lancio orbitale 

Le difficoltà ingegneristiche e operative per mantenere in orbita una megacostellazione di data center sono però notevoli. La prima generazione di questi satelliti, denominati AI1 da SpaceX ospiterà le GPU GB300 di ultima generazione di Nvidia che rappresentano lo stato dell’arte in quanto efficienza energetica.

Una GB300 consuma all’incirca 1400 watt (approssimativamente quanto un forno da cucina domestico) e ogni singolo satellite AI1 dovrebbe comprenderne dalle 70 alle 80 unità. Per alimentare tutti questi processori e le pompe di calore elettriche del sistema di raffreddamento, secondo le stime saranno necessari pannelli fotovoltaici lunghi complessivamente 70 metri e alti 20 metri, ma questo dipenderà molto dalla tecnologia usata per i singoli moduli delle celle solari e dall'efficienza massima raggiungibile.

La più grande sfida di SpaceX sarà però quella di abbassare il costo dei lanci per portare carico utile in orbita LEO (Low Earth Orbit), il guscio orbitale situato tra i 200 e i 2000 km di altitudine dove risiede circa l’85% dei satelliti attualmente attivi. Oggi il costo commerciale per lanciare materiale nello spazio con un Falcon Heavy di SpaceX è di circa 1500 dollari per chilogrammo. Al fine di rendere competitiva l’infrastruttura di data center spaziali con quelli a terra, il costo dovrebbe abbassarsi a circa 500 dollari al chilo. Elon Musk prevede comunque di raggiungere la soglia dei 100 dollari una volta che il razzo Starship diventerà pienamente operativo.

Alcune stime indicano che saranno necessari dai 7.000 ai 10.000 lanci di Starship in un arco di tempo di 10 anni per rendere pienamente operativa la megacostellazione di un milione di satelliti, con un costo di investimento totale per SpaceX che si aggirerebbe dai 60 ai 90 miliardi di dollari. Questa cifra sembra coincidere proprio con il valore di 75 miliardi di dollari raccolti da SpaceX nella IPO di qualche giorno fa.

Un supercervello artificiale orbitante

La megacostellazione lavorerà come se fosse una singola unità. I data center satellitari non saranno infatti entità isolate, ma comunicheranno tra loro e con la rete Starlink tramite collegamento multipli di laser a banda larga che permetterà lo scambio di dati tra i diversi satelliti. Ogni satellite diventerebbe un nodo di una vasta rete di calcolo e sarebbe connesso ad almeno altri 4 satelliti.

Questa architettura di calcolo creerebbe un vero e proprio supercomputer globale orbitante dedicato all’addestramento e utilizzo di modelli di AI. La difficoltà principale consiste nel mantenere allineato il sistema di puntamento dei laser tra i vari satelliti operanti a diverse altitudini. Non è ancora chiaro come questo verrà fatto in una costellazione operante centinaia di migliaia di satelliti.

Nei documenti presentati da SpaceX l'intera flotta di data center sarà distribuita all'interno di una fascia compresa tra i 500 e i 2.000 km di altitudine. I satelliti opereranno all'interno di micro-shell orbitali estremamente strette, spesse al massimo 50 chilometri ciascuna.

Il problema della sindrome di Kessler

Ma cosa significherà operare un milione di satelliti nelle basse orbite terrestri? La Sindrome di Kessler (teorizzata dallo scienziato NASA Donald Kessler nel 1978) descrive un effetto domino distruttivo che si innescherebbe in caso di una collisione accidentale tra due satelliti in uno spazio orbitale affollato e saturo.

Una collisione tra due oggetti genera migliaia di frammenti e questi frammenti, muovendosi a 28.000 km/h nelle orbite basse terrestri e colpendo altri satelliti, creerebbero una reazione a catena di continue collisioni. Il risultato sarebbe una nuvola di detriti spaziali che avvolgerebbe completamente la Terra. Sebbene  molti di questi frammenti a causa dell’attrito con l’alta atmosfera verrebbero deorbitati naturalmente e inceneriti dalle alte temperature durante il rientro, a un'altitudine oltre i 500 km l’aria è così rarefatta da rendere trascurabile l’effetto di resistenza.

Le stime delle simulazioni dei modelli dimostrano che frammenti e detriti orbitanti nelle orbite LEO sopra questo limite rimarrebbero nello spazio per centinaia di anni. Una nuvola densa e permanente di decine di milioni di detriti fuori controllo ad alta quota impedirebbe a qualsiasi altro satellite di entrare in orbita a quelle altitudini e creerebbe una barriera potenzialmente invalicabile per il lancio di missioni spaziali oltre l’orbita terrestre. Diventerebbe estremamente rischioso (se non impossibile) lanciare missioni umane verso la Luna o Marte, poiché qualsiasi razzo in uscita dalle orbite terrestri dovrebbe attraversare un vero e proprio campo minato di proiettili ad altissima velocità.

SpaceX dovrà dimostrare di avere le capacità di operare una costellazione enorme e annullare ogni rischio di possibile collisione, consentendo ai suoi satelliti di poter effettuare manovre di evasione automatiche e senza l’intervento degli operatori a Terra.

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