Project Suncatcher ภารกิจส่ง AI Google สู่ห้วงอวกาศ

หลังจากผ่านการวิจัยมานานหลายปี Project Suncatcher มีกำหนดเริ่มต้นการทดสอบครั้งแรกในวงโคจร โดยจะมีการส่งดาวเทียมต้นแบบเพื่อประเมินประสิทธิภาพของ Google Tensor Processing Units (TPUs) ในอวกาศ

Project Suncatcher ซึ่งเปิดตัวไปเมื่อปีที่แล้ว Project Suncatcher เป็นโครงการวิจัยระยะยาวแบบ moonshot ที่สำรวจความเป็นไปได้ว่า อวกาศจะสามารถเป็นที่ตั้งของโครงสร้างพื้นฐาน machine learning ที่ขยายขนาดได้ในอนาคตหรือไม่ ในวงโคจรต่ำของโลก ดาวเทียมสามารถรับแสงแดดได้เกือบตลอดเวลา ซึ่งสร้างพลังงานแสงอาทิตย์ได้มากกว่าบนพื้นโลกถึงแปดเท่า ในที่สุด มันอาจเป็นไปได้ที่จะเชื่อมต่อกลุ่มดาวเทียมหลายกลุ่มเข้าด้วยกัน เพื่อให้พวกมันสามารถจัดการกับภาระงาน AI ขนาดใหญ่ขณะอยู่ในวงโคจรได้

การค้นพบครั้งสำคัญจะเกิดขึ้นเมื่อคุณทำงานย้อนกลับจากเป้าหมายสุดท้าย ในกรณีของเรา คือการสร้างความมั่นใจว่าประโยชน์อันมหาศาลของ AI ในด้านสำคัญๆ ตั้งแต่การดูแลสุขภาพไปจนถึงการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ จะสามารถเข้าถึงทุกคนได้ในอนาคตอันไกล เช่นเดียวกับการวิจัยในช่วงแรกของระบบขับเคลื่อนอัตโนมัติและ quantum computing ที่ต้องใช้เวลาทดลองหลายปีกก่อนที่เราจะเข้าสู่ระบบที่ใช้งานได้จริง การสำรวจระบบประมวลผลในอวกาศจึงต้องเริ่มต้นด้วยขั้นตอนที่ผ่านการไตร่ตรองและวัดผลได้อย่างรอบคอบ

การเปลี่ยนแนวคิดนั้นให้เป็นความจริงเริ่มต้นด้วยคำถามพื้นฐานว่า ฮาร์ดแวร์ AI ของเราสามารถทำงานในอวกาศได้หรือไม่ ภารกิจเริ่มต้นนี้ ซึ่งจะไปพร้อมกับภารกิจ rideshare ของ Transporter-18 กับ SpaceX ที่กำลังจะเกิดขึ้น ได้รับการพัฒนาร่วมกับ Planet โดยถูกออกแบบมาเพื่อเก็บข้อมูลในวงโคจรว่า TPU ของเราจัดการกับความเค้นทางกายภาพของการเดินทางสู่อวกาศ รวมถึงรังสีและอุณหภูมิที่รุนแรงในอวกาศได้อย่างไร

ขณะที่เราเตรียมพร้อมสำหรับการยิงทดสอบในช่วงแรกและดำเนินงานไปสู่หมุดหมายสำคัญถัดไปในปี 2027 ทีม Project Suncatcher ได้ร่วมพูดคุยถึงสิ่งที่เราหวังว่าจะได้เรียนรู้และอุปสรรคทางวิศวกรรมที่รออยู่ข้างหน้าใน video series ชุดใหม่ที่เจาะลึกวิทยาศาสตร์เบื้องหลังภารกิจนี้

Hardware survival

การเดินทางด้วยจรวดสู่วงโคจรต่ำของโลกใช้เวลาประมาณ 10 นาที ซึ่งในระหว่างนั้นยานอวกาศจะเผชิญกับการสั่นสะเทือนอย่างรุนแรงและแรงเร่งที่ต่อเนื่องสูงถึง 10 เท่าของแรงโน้มถ่วง หรือ g-force ส่วนประกอบแต่ละชิ้น เช่น ชิป TPU อาจต้องเผชิญกับแรงที่มากกว่านั้นถึง 50 ถึง 100 g ทีมงานได้ทำการทดสอบการสั่นสะเทือนโดยการเขย่าดาวเทียมอย่างรุนแรงทั้งสามแกนเพื่อเลียนแบบความถี่ของการยิงจรวด การทดสอบลักษณะนี้แทบไม่เคยเป็นไปตามแผนที่วางไว้ ดังนั้นเราจึงรู้สึกประหลาดใจอย่างยินดีที่ฮาร์ดแวร์สามารถทนต่อแรงดังกล่าวได้

เมื่อชิป TPU เดินทางถึงอวกาศ ระดับของรังสีนอกชั้นบรรยากาศโลกก็เป็นอีกหนึ่งความท้าทายที่ต้องเอาชนะ เหตุการณ์ทางสุริยะและรังสีคอสมิกสามารถสร้างความเสียหายให้กับระบบอิเล็กทรอนิกส์ได้ ทีมของเราจึงทดสอบ TPU ในโรงงานเครื่องยิงลำโปรตอนที่ Crocker Nuclear Laboratory ของ UC Davis ในขณะที่กำลังรันภาระงาน AI

ในระหว่างการทดสอบ เราได้เฝ้าติดตามอย่างใกล้ชิดเพื่อดูว่าข้อผิดพลาด เช่น bitflip จะส่งผลต่อภาระงานของเราอย่างไร ผลลัพธ์เบื้องต้นแสดงให้เห็นว่า Trillium TPUs ของเราทนทานได้ดีอย่างน่าทึ่ง และสามารถอยู่รอดจากปริมาณรังสีสะสม (total ionizing dose) ที่มากกว่าปริมาณที่จะได้รับในภารกิจอวกาศนาน 5 ปีเสียอีก แต่บางอย่างสามารถทดสอบได้ในอวกาศเท่านั้น การส่ง TPU ชุดแรกของเราเข้าสู่วงโคจรในสัปดาห์หน้าจะช่วยให้เราได้ข้อมูลและบทเรียนเพื่อนำไปประกอบการตัดสินใจในการยิงครั้งต่อๆ ไป

Cooling in space

การระบายความร้อนให้กับศูนย์ข้อมูลในวงโคจรเป็นความท้าทายด้านการวิจัยที่สำคัญ TPU สร้างความร้อนจำนวนมากในพื้นที่ขนาดเล็ก ซึ่งจำเป็นต้องได้รับการระบายออกอย่างปลอดภัย มิฉะนั้นชิปจะเสี่ยงต่อการเกิดความร้อนสูงเกินไป แต่ในอวกาศไม่มีการไหลเวียนของอากาศ ในสภาวะสูญญากาศ คุณสามารถระบายความร้อนผ่านแผงรังสีความร้อน (radiators) เท่านั้น ซึ่งต้องใช้แนวทางที่แตกต่างไปอย่างสิ้นเชิงในการระบายความร้อนให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

เรากำลังพัฒนาแนวทางที่แตกต่างกันหลายวิธีสำหรับเรื่องนี้ รวมถึงการผสมผสานระหว่างท่อความร้อน (heat pipes) และแผงรังสีความร้อนเพื่อระบายความร้อนให้กับชิป จนถึงขณะนี้ ทีมงานของเราได้ทดสอบเทคโนโลยีนี้ในห้องสูญญากาศความร้อน (thermal vacuum chamber) ที่จำลองทั้งสภาพแวดล้อมทางความร้อนและสูญญากาศในอวกาศ เราจะคอยดูว่าระบบระบายความร้อน TPU แบบใหม่ของเราทำงานอย่างไรในอวกาศ และจะปรับปรุงการออกแบบของเราเมื่อเราได้เรียนรู้มากขึ้น

Satellite interconnectivity

การออกแบบดาวเทียมของเราในอนาคต แต่ละดวงจะบรรจุชิป TPU หลายสิบตัวในขณะที่โคจรรอบโลกเป็นกลุ่มก้อน (clusters) เพื่อรักษาแบนด์วิดท์ที่จำเป็นในการประมวลผล AI ดาวเทียมทุกดวงต้องทราบทั้งตำแหน่งของตัวเองและตำแหน่งที่สัมพันธ์กับดาวเทียมเพื่อนบ้าน ในการทำเช่นนี้ ดาวเทียมจะสื่อสารกันผ่านเลเซอร์

เทคโนโลยีนี้มีอยู่ในอวกาศแล้ว แต่ระบบที่ทันสมัยที่สุดส่วนใหญ่ถูกปรับแต่งมาสำหรับแบนด์วิดท์ต่ำในระยะทางไกล ในขณะที่เลเซอร์ของเราจำเป็นต้องทำงานที่แบนด์วิดท์สูงมากในระยะทางที่สั้นมาก การรักษาการเชื่อมต่อที่จำเป็นต้องใช้ความแม่นยำสูงเป็นพิเศษ เปรียบได้กับการยิงเป้าหมายขนาดเท่าเหรียญจากระยะทางหลายไมล์ในขณะที่จุดทั้งสองกำลังเคลื่อนที่ เราจะทดสอบการทำงานของเราในเรื่องนี้ในปี 2027 เมื่อเราส่งดาวเทียมสองดวงเข้าสู่วงโคจร

Just the beginning

การสำรวจอวกาศในฐานะสถานที่ที่เหมาะสมสำหรับระบบประมวลผล AI ที่ขยายขนาดได้จะไม่เกิดขึ้นในคราวเดียว มันต้องใช้การวิศวกรรมที่เป็นระบบ เริ่มต้นจากการพิสูจน์ว่าฮาร์ดแวร์ของเราสามารถรับมือกับความเป็นจริงทางกายภาพและสิ่งที่คาดเดาไม่ได้ของการทำงานในวงโคจร การยิงครั้งแรกนี้เป็นเรื่องของการดูว่าอะไรใช้ได้ผล ระบุจุดที่ล้มเหลว และนำสิ่งที่ค้นพบเหล่านั้นไปใช้กับภารกิจในอนาคต

ทุกเทคโนโลยีที่เปลี่ยนโลกซึ่งเราสร้างขึ้นที่ Google เริ่มต้นด้วยเป้าหมายที่กล้าหาญ และวินัยในการทำงานย้อนกลับเพื่อแก้ปัญหาที่ยากลำบากตลอดเส้นทาง ในขณะที่ภารกิจ moonshot ล่าสุดของเรากำลังมุ่งหน้าสู่แท่นยิง ทีมงานของเราตื่นเต้นที่จะแบ่งปันสิ่งที่เราเรียนรู้และวิทยาศาสตร์ที่ขับเคลื่อนงานนี้ให้ก้าวไปข้างหน้า