SpaceX vuole costruire centri dati per l’intelligenza artificiale nello spazio.

Tra le idee più ambiziose e stimolanti che cavalcano quest’onda di entusiasmo, ce n’è una che sembra quasi fantascienza: i centri dati orbitali. SpaceX è una delle aziende più note che puntano a realizzarli, ma non è l’unica .

La logica è allettante: lanciare i data center in orbita, dove l’energia solare è abbondante e terra, acqua e reti elettriche locali non rappresentano più un vincolo. Con l’intelligenza artificiale che alimenta un’esplosione della domanda di calcolo , le aziende propongono i data center orbitali come soluzione per sfuggire alle crescenti pressioni ambientali e infrastrutturali del calcolo basato sulla Terra. I data center spesso si trovano anche a dover affrontare le critiche del pubblico per la loro ubicazione nelle comunità locali .

Ma c’è un’enorme differenza tra lanciare satelliti e gestire un’infrastruttura informatica su scala industriale in orbita. Lo spazio è implacabile. Le radiazioni danneggiano i componenti elettronici . L’elettronica genera enormi quantità di calore, e dissiparlo nello spazio è sorprendentemente difficile. Le riparazioni sono straordinariamente costose , e ogni chilo lanciato in orbita ha comunque un costo significativo.

Siamo professori di ingegneria specializzati nella progettazione di data center e nell’ingegneria dei sistemi spaziali . La costruzione di un data center nello spazio richiederà considerazioni da entrambi i punti di vista.

Cosa contiene un data center sulla Terra?

Innanzitutto, consideriamo cosa comporta un data center terrestre, come quelli che probabilmente avete iniziato a vedere spuntare ovunque. Queste strutture alimentano il cloud computing, lo streaming video, l’online banking, il calcolo scientifico e, sempre più spesso, l’intelligenza artificiale. Ma un data center è molto più di una stanza piena di server.

Un data center necessita di diverse cose per funzionare in modo affidabile. La prima è l’energia elettrica. Server, apparecchiature di rete e dispositivi di archiviazione consumano grandi quantità di elettricità, e questa domanda di energia sta crescendo rapidamente con l’intelligenza artificiale .

Il secondo problema è il raffreddamento. Quasi tutta l’energia elettrica consumata dai server si trasforma in calore . Se questo calore non viene dissipato in modo rapido e affidabile, le prestazioni delle apparecchiature diminuiscono, i guasti aumentano e il data center può arrestarsi . I sistemi di raffreddamento spesso includono unità di trattamento dell’aria, refrigeratori, torri di raffreddamento, pompe e, sempre più spesso, apparecchiature di raffreddamento a liquido. In molte strutture, il raffreddamento è la voce di consumo energetico più importante dopo le apparecchiature informatiche stesse.

Il terzo elemento è l’infrastruttura fisica, che comprende il terreno necessario, gli edifici, il supporto strutturale, l’alimentazione di riserva, i sistemi idrici, le reti di comunicazione e l’accesso per la manutenzione. I data center devono inoltre essere sufficientemente vicini agli utenti e alle dorsali di rete per fornire servizi digitali veloci.

In breve, i data center terrestri sono grandi sistemi infrastrutturali elettrici e termici costruiti attorno ad hardware informatico.

Posizionandoli nello spazio

Cosa servirebbe dunque per costruire questi data center nello spazio e perché le aziende considerano questa possibilità una proposta commerciale così interessante?

Come sulla Terra, questi centri dati richiederebbero enormi quantità di energia. Nello spazio, questa energia proverrebbe da pannelli solari. Il Sole splende sempre nello spazio e non può essere oscurato dalle nuvole. Tuttavia, a seconda dell’orbita in cui vengono posizionati i pannelli solari, la Terra potrebbe proiettare la sua ombra su di essi per una parte dell’orbita.

Anche le migliori celle solari disponibili oggi riescono solo circa la metà della luce solare che le colpisce. a convertire in elettricità

Un altro potenziale vantaggio offerto dallo spazio è il raffreddamento. Le basse temperature spaziali (vicine ai -455 gradi Fahrenheit, ovvero -270 gradi Celsius) creano un’opportunità: il calore di scarto del data center potrebbe disperdersi nello spazio attraverso dei radiatori, mantenendo i componenti elettronici a una temperatura adeguata.

In linea di principio, tale progetto potrebbe eliminare parte delle ingombranti infrastrutture di raffreddamento, che richiedono un elevato consumo di acqua, utilizzate sulla Terra. Tuttavia, questi radiatori termici necessiterebbero di una vasta superficie, che si aggiungerebbe a quella richiesta dai pannelli solari.

Nello spazio non c’è aria che possa circolare sulle apparecchiature calde e favorire la dissipazione del calore. Il calore deve quindi disperdersi sotto forma di radiazione infrarossa, un processo relativamente lento. Di conseguenza, per dissipare 10 megawatt di calore di scarto possono essere necessarie superfici di raffreddamento paragonabili a quelle di due campi da calcio.

I data center spaziali potrebbero anche evitare alcuni dei conflitti locali che derivano dalla costruzione di grandi data center sulla terraferma. Molte comunità si oppongono alla realizzazione di nuovi data center a causa dell’utilizzo del territorio , del fabbisogno energetico e idrico , nonché dell’impatto acustico e ambientale.

Un sistema spaziale eviterebbe di entrare in competizione per le risorse idriche e terrestri locali, non genererebbe rumore nei quartieri circostanti e non richiederebbe l’approvazione delle normative urbanistiche locali allo stesso modo.

Tuttavia, lo spazio è già affollato e il lancio di migliaia di grandi data center orbitali non farebbe altro che accelerare questo problema. I detriti orbitali e le micrometeoriti rappresentano un pericolo perché possono perforare il data center spaziale e, nel peggiore dei casi, una collisione potrebbe distruggerlo e generare una quantità ancora maggiore di detriti spaziali .

La frequenza dei lanci spaziali necessari per inviare in orbita tutte le attrezzature potrebbe diventare un problema per alcune comunità. SpaceX ha subito proteste presso il suo complesso di lancio a Boca Chica, in Texas , da parte di attivisti locali che sostengono che i test e i lanci dei razzi danneggino l’ambiente circostante.

Tutti questi dati dovrebbero essere trasmessi tra la Terra e questi centri dati, e tra i centri dati stessi, utilizzando onde radio o sistemi di comunicazione laser. Sebbene costellazioni satellitari come Starlink e Amazon Leo abbiano dimostrato che ciò è possibile, la quantità di dati inviati e ricevuti dallo spazio aumenterebbe vertiginosamente.

Sfide aggiuntive

Questi data center, insieme ai relativi pannelli solari e radiatori, non possono essere lanciati in un unico pezzo e dovrebbero essere assemblati nello spazio. Questo processo richiederebbe nuove attrezzature per la manutenzione, l’assemblaggio e la produzione in orbita .

Un’altra sfida fondamentale è rappresentata dal ciclo di aggiornamento dell’hardware informatico. I server dei data center non sono progettati per durare in eterno. Gli operatori di tutto il mondo, in genere, sostituiscono o aggiornano l’hardware ogni tre-cinque anni, man mano che i chip migliorano, i carichi di lavoro cambiano e le apparecchiature invecchiano.

Inoltre, i guasti alle apparecchiature possono richiedere la sostituzione dei componenti. Sulla Terra, i processi di aggiornamento e riparazione sono relativamente semplici, poiché i tecnici possono rimuovere e sostituire fisicamente i server.

Nello spazio, l’aggiornamento e la riparazione diventano molto più difficili . L’hardware inviato in orbita può essere difficile o troppo costoso da aggiornare. Se la piattaforma di calcolo non può essere aggiornata, o se troppi componenti si guastano, potrebbe diventare obsoleta molto prima che l’infrastruttura circostante raggiunga la fine del suo ciclo di vita utile.

In un settore in cui le prestazioni migliorano così rapidamente e la domanda di potenza di calcolo continua ad aumentare, questo ostacolo potrebbe rivelarsi una sfida economica e operativa di notevole entità.

Poi c’è la durezza dello spazio . Questi centri dati si troverebbero in un ambiente quasi completamente vuoto, esposti a radiazioni costanti. Inoltre, a seconda della loro orbita, la loro temperatura passerebbe più volte al giorno da elevata quando sono illuminati dal sole a bassa temperatura quando si trovano all’ombra della Terra. Tutte queste sfide, e molte altre, sono problematiche che dovranno essere affrontate.

Quindi, hanno ancora senso?

Nonostante queste difficoltà, le aziende stanno portando avanti la progettazione di data center spaziali. SpaceX ha appena annunciato il progetto del suo satellite di calcolo AI1 , che spera di utilizzare come veicolo spaziale per data center in orbita. Tuttavia, questo satellite ha una capacità da 100 a 1.000 volte inferiore rispetto agli attuali data center terrestri .

Non tutte le attività di calcolo sono adatte a essere svolte nello spazio. Molte applicazioni dei data center dipendono da tempi di risposta rapidi e da una stretta connessione con gli utenti sulla Terra . Le transazioni finanziarie, i servizi interattivi di intelligenza artificiale e la maggior parte delle applicazioni cloud sono estremamente sensibili ai ritardi.

Le prime applicazioni più fattibili potrebbero essere quelle meno sensibili alla latenza e più strettamente connesse alle operazioni spaziali. Esempi potrebbero includere l’elaborazione di dati di osservazione della Terra provenienti dai satelliti, l’elaborazione di dati militari o di intelligence, il calcolo scientifico relativo alle missioni spaziali o il calcolo specializzato per satelliti e altre risorse spaziali.

In altre parole, i primi data center spaziali realmente funzionanti potrebbero servire clienti nello spazio prima ancora di poter competere con i tradizionali data center cloud sulla Terra.