Pusat data adalah sedang dibangun di a kecepatan panik di seluruh dunia, didorong oleh booming AI. Fasilitas-fasilitas ini mengkonsumsi listrik dalam jumlah yang sangat besar. Pada tahun 2028, server AI saja dapat digunakan energi sebanyak 22 persen rumah tangga AS. Tentu saja permintaan tersebut akan menaikkan harga energi bagi semua orang, dan kita akan membutuhkan lebih banyak pembangkit listrik, yang berarti akan semakin besarnya pemanasan global.
Lalu ada masalah air. Chip AI berdensitas tinggi bekerja sangat panas sehingga pendinginan udara saja tidak cukup. Fasilitas baru beralih ke pendingin cair. Teknik pilihannya adalah penguapan air. Metode ini lebih efektif dan hemat energi dibandingkan mensirkulasi ulang air, namun pusat data besar yang menggunakan metode ini menghabiskan jutaan galon air setiap hari, sehingga menguras pasokan air setempat.
Jadi, tidak mengherankan jika semakin banyak kota yang menolak proyek pusat data di wilayahnya. Namun jika semua orang menggunakan NIMBY, hasilnya akan menjadi seperti NOMPY—seperti “tidak di planetku, bajingan.” Apa yang harus dilakukan? Orang-orang tidak akan berhenti menggunakan AI. Itu sebabnya beberapa orang-orang itu mengatakan kita harus membangun pusat data di luar angkasa.
Bayangkan saja: Anda bisa mendapatkan energi 24/7 dari panel surya—di luar angkasa selalu cerah—dan bahan-bahan termal tidak akan menjadi masalah karena di luar sana sangat dingin. Anda dapat melakukan pemrosesan berat di pusat data yang mengorbit dan mengirimkan hasilnya kembali ke Bumi seperti internet satelit. Itu klaimnya.
Mungkinkah ini berhasil? Ataukah hal ini sama praktisnya dengan menjajah Mars? Saya menanyakan Ikhtisar AI Google, dan jawabannya, “Ya, pusat data dapat dibangun di luar angkasa.” Tapi tentu saja itu akan mengatakan bahwa. Saya pikir kita harus benar-benar murtad dan menggunakan kecerdasan manusia kuno dalam hal ini.
Nyalakan
Salah satu gagasan besar dalam sains disebut konservasi energi. Hal ini menyatakan bahwa untuk “sistem” apa pun (kumpulan benda apa pun yang kita pilih), total energinya akan mengalir ke dalam sistem sama dengan perubahan energi sistem ditambah energi yang mengalir keluar dari sistem:
Atau menata ulang, setiap perubahan jumlah energi dalam suatu sistem sama dengan selisih energi masukan dan keluaran. Hal ini menunjukkan bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya—seperti panel surya yang mengubah energi cahaya menjadi energi listrik.
Energi diukur dalam joule, namun seringkali lebih mudah membicarakan daya. Daya adalah perubahan energi (ΔE) per satuan waktu (Δt), jadi diukur dalam joule per detik, juga dikenal sebagai watt. Dalam hal daya, kekekalan energi menyatakan bahwa daya yang masuk ke suatu sistem sama dengan daya yang keluar dari sistem ditambah daya perubahan energi dalam.
Misalnya, “sistem” adalah PC desktop dengan catu daya 300 watt. Artinya input daya maksimalnya adalah 300 watt. Bagaimana dengan perubahan energinya di dalam sistem? Ya, cuaca menjadi panas, jadi ada peningkatan energi panas. Namun segera mencapai suhu pengoperasian yang stabil. Benar-benar tidak ada perubahan energi lain di komputer, jadi daya 300 watt yang masuk harus sama dengan daya yang keluar.
Kemana perginya keluaran 300 watt itu? Nah, PC Anda memiliki kipas yang menggerakkan udara melintasi prosesor dan GPU. Komponen panas berinteraksi dengan udara untuk memanaskannya. Kipas kemudian mengeluarkan udara ini, memindahkan panas dari komputer ke ruangan Anda. Ya, PC Anda pada dasarnya adalah pemanas ruangan 300 watt yang juga dapat memutar video game.
Dua Jenis Perpindahan Panas
Jika dua benda berada pada suhu yang berbeda, energi panas berpindah dari benda yang lebih hangat ke benda yang lebih dingin. Jadi, komputer yang panas itu mentransfer energi ke udara yang lebih dingin. Karena CPU dan molekul udara saling bersentuhan, kami menyebutnya konduksi panas. Ini bekerja dengan cepat. Itu sebabnya air kolam bersuhu 70 derajat terasa sangat dingin: Anda terbenam di dalamnya, sehingga dengan cepat menyedot banyak energi panas keluar dari tubuh Anda.
Namun ada cara lain untuk memindahkan panas. Jika benda-benda tersebut tidak bersentuhan tetapi saling berhadapan langsung, maka dapat terjadi a radiasi interaksi. Inilah yang terjadi pada oven listrik tanpa aliran udara. Elemen pemanas tidak menyentuh pizza Anda, namun sangat panas (seperti lebih dari 1.000 derajat F) sehingga memancarkan cahaya inframerah, yang memanaskan makanan Anda.
Komputer di Luar Angkasa
Sekarang, bagaimana jika Anda menempatkan PC gaming Anda di orbit rendah Bumi? Bagaimana kita menyedot limbah panas yang dihasilkan? Penggemar di dalam tidak akan membantu. Mereka tidak dapat memindahkan udara ke atas prosesor jika tidak ada udara. Satu-satunya pilihan adalah melakukan interaksi radiasi dengan lingkungan sekitar, dan radiasi tidak seefisien konduksi.
Di sinilah orang sering salah dalam memikirkan komputasi di luar planet. Sebenarnya, luar angkasa bahkan tidak “dingin”. Suhu adalah sifat materi—yang mengukur pergerakan molekul—dan ruang angkasa merupakan ruang hampa. Tanpa molekul yang bergetar, ia tidak memiliki suhu intrinsik. Dan dengan radiasi sebagai satu-satunya alat perpindahan panas, benda-benda di luar angkasa sebenarnya mendingin secara perlahan.
Kita dapat menghitung laju radiasi termal (P) untuk suatu benda menggunakan hukum Stefan-Boltzmann. Ini terlihat seperti ini:
Di Sini e adalah emisivitas benda—seberapa efektif benda tersebut sebagai radiator (0 e < 1), P adalah konstanta Stefan-Boltzmann, A adalah luas permukaan, dan T adalah suhu (dalam Kelvin). Karena suhu kita pangkat empat, Anda dapat melihat bahwa benda-benda yang lebih panas memancar banyak lebih banyak kekuatan daripada hal-hal yang lebih keren.
Oke, katakanlah Anda ingin bermain Penebusan Mati Merah di luar angkasa. Komputer Anda akan menjadi panas—mungkin 200 F (366 Kelvin). Sederhananya, katakanlah ini adalah PC berbentuk kubus dengan luas permukaan total 1 meter persegi, dan merupakan radiator sempurna (ε = 1). Daya radiasi termalnya akan menjadi sekitar 1.000 watt. Tentu saja komputer Anda bukan radiator yang sempurna, tapi sepertinya Anda akan baik-baik saja. Selama outputnya lebih besar dari inputnya (300 watt), maka akan menjadi dingin.
Sekarang katakanlah Anda ingin menjalankan beberapa hal AI sederhana. Itu adalah pekerjaan yang lebih besar, jadi mari kita tingkatkan ukuran komputer kubik kita dengan tepian dua kali lebih panjang dari sebelumnya. Itu akan membuat volumenya delapan kali lebih besar (23), sehingga kita dapat memiliki prosesor delapan kali lebih banyak, yang berarti kita memerlukan input daya delapan kali lebih banyak—2.400 watt. Namun, luas permukaannya hanya empat kali (22) lebih besar, sehingga daya radiasinya menjadi sekitar 4.000 watt. Anda masih mempunyai lebih banyak keluaran dibandingkan masukan, namun kesenjangannya semakin menyempit.
Ukuran Penting
Anda dapat melihat ke mana arahnya. Jika Anda terus memperbesarnya, volumenya akan bertambah lebih cepat daripada luas permukaan. Jadi semakin besar ruang komputer Anda, semakin sulit untuk mendinginkannya. Jika Anda membayangkan struktur yang mengorbit seukuran Walmart, seperti pusat data di Bumi, hal itu tidak akan terjadi. Itu akan meleleh.
Tentu saja, Anda dapat menambahkan panel radiasi eksternal. Stasiun Luar Angkasa Internasional memilikinya. Seberapa besar ukurannya? Katakanlah pusat data Anda beroperasi pada 1 megawatt. (Pusat data AI yang ada di Bumi menggunakan 100 hingga 1.000 megawatt.) Maka Anda memerlukan area radiasi minimal 980 meter persegi. Ini sudah tidak terkendali.
Oh, dan radiator ini tidak seperti panel surya, dihubungkan dengan kabel. Mereka membutuhkan sistem untuk mengalirkan panas dari prosesor ke panel. ISS memompa amonia melalui jaringan pipa untuk tujuan ini. Artinya, akan ada lebih banyak material yang dibutuhkan, yang membuatnya jauh lebih mahal untuk diangkat ke orbit.
Jadi mari kita ambil stok. Meskipun kami menetapkannya dengan asumsi yang menguntungkan, hal ini tampaknya tidak terlalu bagus. Kami bahkan tidak memperhitungkan fakta bahwa radiasi matahari juga akan memanaskan komputer, sehingga membutuhkan lebih banyak pendinginan. Atau radiasi matahari yang intens kemungkinan besar akan merusak perangkat elektronik seiring berjalannya waktu. Dan bagaimana cara melakukan perbaikan?
Namun, ada satu hal yang jelas: Karena pendinginan di luar angkasa tidak efisien, “pusat data” Anda harus berupa sekumpulan satelit kecil dengan rasio area terhadap volume yang lebih baik, bukan beberapa satelit besar. Itulah yang kini disarankan oleh sebagian besar pendukung, seperti Project Suncatcher dari Google. SpaceX milik Elon Musk telah meminta izin FCC untuk meluncurkan satu juta satelit AI kecil ke orbit.
Hmm. Orbit rendah Bumi sudah penuh dengan 10.000 satelit aktif dan sekitar 10.000 metrik ton sampah luar angkasa. Ada risiko tabrakan, bahkan mungkin bencana besar Kessler sudah nyata. Dan kita akan menambahkan satelit seratus kali lebih banyak? Yang bisa saya katakan hanyalah, Lihat di bawah!
Jadi apa jawaban atas pertanyaan kita? Secara teoritis, Anda mungkin dapat membuat sistem komputasi di luar planet dengan banyak satelit kecil, meskipun biaya peluncuran dan konstruksinya akan sangat besar. Apakah itu ide yang bagus adalah pertanyaan lain.
