Google, bereit zum Abheben

Google steht kurz davor, ins All vorzudringen.

Sundar Pichai veröffentlichte einen langen Beitrag, in dem er bekanntgab, dass am 1. Oktober der erste On-Orbit-Test des Projekts Suncatcher gestartet wird, dessen Rechenleistung ungefähr der eines Servers auf der Erdoberfläche entspricht.

Bereits im vergangenen November hat Google das Projekt Suncatcher öffentlich vorgestellt.

Es wird als „langfristige Forschungsarbeit“ von Google definiert, deren Ziel es ist, zu erforschen, wie Rechenleistung im Weltraum in großem Maßstab betrieben werden kann. Damals kündigte Google eine Zusammenarbeit mit dem Satellitenunternehmen Planet an und plante, Anfang 2027 zwei Prototyp-Satelliten zu starten, um diese Vorstellung zu überprüfen und zu testen, ob die Satelliten untereinander per Laser kommunizieren können.

Es heißt allgemein, dass das Ende der Rechenleistung die Energie ist. Im Weltraum kann man nicht nur über einen längeren Zeitraum stärkere Solarenergie empfangen, sondern auch keine Rechenzentren für Server bauen.

Doch all dies ist nur die Oberfläche. Hinter Suncatcher verbirgt sich eine Schnittstelle zwischen der ultimativen romantischen Phantasie, die Google seit seiner Gründung hegt, und der heutigen geschäftlichen Realität, die auf KI basiert.

Was für ein Projekt ist das?

Genauer gesagt hat Google dieses Mal einen Satelliten mit dem Codenamen MVP (Minimum Viable Product) ins All geschickt. Er nimmt an der Mitfahrgelegenheitsmission Transporter-18 von SpaceX teil und wird von der Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien in eine niedrige Erdumlaufbahn gebracht, die fast ständig von Sonnenlicht beleuchtet wird.

Der Satellit hat ungefähr die Größe eines Kühlschranks. Die Satellitenplattform wird von dem San Franciscaner Satellitenbildunternehmen Planet Labs bereitgestellt.

Im Inneren des Satelliten befinden sich vier von Google selbst entwickelte TPUs. Die gesamte Rechenleistung entspricht ungefähr der eines Servers in einem Rechenzentrum auf der Erde.

Die Stromversorgung erfolgt über Solarpaneele mit einer Ausgangsleistung von etwa 1 Kilowatt, was ungefähr dem Verbrauch eines Mikrowellenofens oder Haartrockners entspricht. Nach Googles Plan wird Suncatcher etwa ein Jahr lang betrieben. Der Satellit selbst kann maximal 6 Jahre in der Umlaufbahn verbleiben, bevor er in die Atmosphäre eintritt und verbrannt wird.

Sundar Pichai erklärte, dass diese Mission hauptsächlich die Leistung und Wärmeableitung der Hardware testen soll, um zu prüfen, ob die TPUs die drei Hürden Start, Strahlung und Wärmeableitung überstehen können.

Die Umlaufbahn ist ebenfalls entscheidend.

Der MVP betritt eine sogenannte „Dämmerungs-Sonnensynchrobahn“ (dawn-dusk SSO). Sie lässt den Satelliten ständig entlang der Dämmerungslinie der Erde fliegen, sodass er fast ständig von Sonnenlicht bestrahlt wird.

Auf der Erde unterliegen Solarpaneele den Einschränkungen durch die Lichtintensität, Tag und Nacht, bewölkte Tage und Regen. Im Weltraum ist das anders: Die Sonneneinstrahlung ist stärker, dieselbe Paneele kann maximal das 8-fache der Leistung auf der Erde erzeugen und kann fast kontinuierlich Strom liefern.

Nach Googles Plan werden 81 Satelliten zu einem Array mit einem Radius von etwa 1 Kilometer aufgestellt, deren durchschnittliche Umlaufbahnhöhe etwa 650 Kilometer beträgt. Anschließend werden sie über laserbasierte Inter-Satelliten-Links (Freiraum-Lichtkommunikation) zu einem Rechencluster zusammengeführt.

Obwohl der Raum in der Umlaufbahn sehr groß ist, müssen diese Satelliten dennoch eng beieinander fliegen. Denn damit die Weltraum-Rechenleistung mit den irdischen Rechenzentren mithalten kann, muss die Kommunikation zwischen den Satelliten schnell und stabil sein.

Die Geschwindigkeit der heutigen Laserlinks zwischen Satelliten liegt meist zwischen 1 und 100 Gigabit pro Sekunde und ist für „große Entfernungen und geringe Bandbreite“ ausgelegt.

Aber vergessen Sie nicht, dass das Kernziel von Google das Training von KI ist, sodass dieses Array „extrem kurze Entfernungen und extrem hohe Bandbreite“ benötigt.

Nach Googles Vorhersage muss für verteiltes Training eine einzelne Link eine aggregierte Bandbreite von 10 Terabit pro Sekunde erreichen. Wenn die Entfernung verringert wird, sinkt die erforderliche empfangene Lichtleistung erheblich.

Die Genauigkeit entspricht ungefähr der Aufgabe, dass zwei sich mit hoher Geschwindigkeit bewegende Satelliten ein Ziel von der Größe einer Münze in einer Entfernung von mehreren Meilen gegeneinander ausrichten.

Wie bereits erwähnt, müssen Googles Ingenieure drei Hürden überwinden, um KI-Chips ins All zu bringen.

Die erste Hürde ist der Start selbst. Die Rakete fliegt etwa 10 Minuten lang zum Weltraum, der Satellit erfährt eine anhaltende Beschleunigung, einzelne Komponenten können kurzzeitig das 50- bis 100-fache der Erdbeschleunigung aushalten und müssen starke Vibrationen überstehen.

Vor dem Start hat das Team den Satelliten in allen drei Achsen getestet, um die Vibrationsfrequenz der Rakete zu simulieren.

Die zweite Hürde ist die Strahlung.

Kosmische Strahlung im Weltraum und solare Aktivitäten können bei elektronischen Bauteilen zu „Bitkippen“ führen. Das bedeutet, dass ein einzelnes Teilchen ein Bit von 0 auf 1 umwandeln und so Rechenfehler verursachen kann.

Um der Strahlung entgegenzuwirken, hat Google die TPUs in den Beschleuniger der University of California, Davis gebracht und sie mit 67 MeV Protonenstrahlen beschossen, während sie KI-Aufgaben ausführten.

Erste Ergebnisse zeigen, dass die Chips eine Strahlendosis aushalten, die mehr als 5 Jahren Betrieb entspricht.

Allerdings sind im Grafikspeicher noch einige unkorrigierbare Fehler aufgetreten. Google erklärte, dass diese Fehlerrate „für Inferenz ungefähr akzeptabel ist“, die Auswirkungen auf das Training müssen jedoch weiter untersucht werden.

Die dritte Hürde ist die Wärmeableitung.

Im Weltraum herrscht Vakuum, es gibt keine Luftkonvektion, Lüfter sind völlig nutzlos, und KI-Chips erzeugen sehr viel Wärme.

Daher besteht Googles Lösung darin, den Chip mit einer verformbaren „thermischen Schnittstellenmaterial“ an Wärmerohren aus Aluminium und Kupfer zu verbinden, die Wärme dann auf eine Kühlplatte zu leiten und sie in den Weltraum abzustrahlen.

Das Problem ist, dass die Kapazität der Kühlplatte begrenzt ist. Daher können die TPUs bei diesem Test nur intermittierend etwa 15 Minuten lang laufen, danach müssen sie angehalten werden, bis die Kühlplatte die Wärme abgeführt hat.

Google wird das Gemini-Modell auf diesem Satelliten ausführen, um es zu testen, kann es aber nicht kontinuierlich betreiben.

Das Projekt wird von Travis Beals, Senior Director bei Google, geleitet. Seine Abteilung heißt „Paradigms of Intelligence“.

Sundar Pichai betonte, dass dies ein Sprungbrett zu „orbitalen Rechenzentren“ ist und keine Produktveröffentlichung.

Im Jahr 2027 plant Google die Veröffentlichung von zwei weiteren Prototyp-Satelliten, die speziell die laserbasierten Inter-Satelliten-Links überprüfen sollen.

Wann Suncatcher von einem „Projekt“ zu einem „Produkt“ wird, erklärte Pichai, dass dies noch viele Jahre dauern wird.

Was ist die gesamte Motivation?

Wie viel Strom das Trainieren und Betreiben großer Modelle verbraucht, ist kein Geheimnis mehr.

Im Jahr 2026 suchen alle Anbieter von hyperskaligen Rechenzentren weltweit nach Strom. Von der Rechenzentrums-Korridor in Virginia, USA, bis nach Irland wird um Strom gekämpft. Auf der Erde ist fast der gesamte verfügbare Strom bereits vergeben.

Googles Idee lautet: Anstatt auf der Erde um Strom, Land und Wasser zu kämpfen, kann man im Weltraum nach Chancen suchen.

Neben der Solarenergie selbst gibt es im Weltraum keine Bewohner, keine Ackerflächen, keine Widerstände von Gemeinden, und man erspart sich die gesamte Arbeit, Rechenzentren zu bauen, an das Stromnetz anzuschließen und Wasser zur Kühlung zu verbrauchen.

Google hat in einem Papier angegeben, dass die von der Sonne abgegebene Leistung mehr als das Hundert-Billionen-fache der gesamten Stromerzeugung der Menschheit beträgt.

Ein weiteres Merkmal von Suncatcher ist seine Modularität.

In vielen Science-Fiction-Werken sind Weltraum-Forschungszentren normalerweise „Mega-Strukturen“ mit sehr großem Volumen, die voll mit Computern sind.

Aber Google hat diesen Ansatz nicht gewählt. In dem Papier wurde dieser „monolithische“ Ansatz speziell diskutiert, und die Schlussfolgerung lautet, dass diese Struktur von Menschen oder Robotern im Weltraum vor Ort zusammengebaut werden muss, die Kollisionsvermeidung schwieriger ist und die Anforderungen an die strukturelle Festigkeit das Gewicht und die Komplexität erhöhen.

Google hat sich dafür entschieden, eine Reihe kleinerer Satelliten zu verwenden, die in sehr enger Formation fliegen.

Der Vorteil davon ist die Skalierbarkeit. Wenn mehr Rechenleistung benötigt wird, kann man einfach mehr Satelliten starten. Theoretisch kann man sie wie Bausteine unbegrenzt erweitern, bis die gesamte Dämmerungs-Umlaufbahn gefüllt ist.

Dass es theoretisch plausibel ist, bedeutet nicht, dass es wirtschaftlich rentabel ist.

Google hat eine Rechnung aufgestellt: Derzeit kostet es etwa 1500 bis 2900 US-Dollar, ein Kilogramm Nutzlast in die niedrige Erdumlaufbahn zu bringen. Dieser Preis ist jedoch nur eine Vorstellung, die tatsächliche Situation hängt von den Startanforderungen der jeweiligen Mission ab, und die tatsächlichen Kosten können nur höher sein.

Google erklärte, dass die Kosten auf etwa 200 US-Dollar pro Kilogramm sinken müssen, damit Suncatcher wirklich rentabel wird.

Warum 200 US-Dollar?

Denn die Stromkosten für Rechenzentren in den USA betragen etwa 570 bis 3000 US-Dollar pro Kilowatt und Jahr. Wenn die Startkosten auf 200 US-Dollar pro Kilogramm sinken, können die auf die gesamte Lebensdauer des Satelliten verteilten Startkosten pro Kilowatt ungefähr den Energiekosten von irdischen Rechenzentren entsprechen.

Google erklärte, dass die Erreichung des Ziels von 200 US-Dollar pro Kilogramm zwei Voraussetzungen erfordert: Die Starship von SpaceX wird erfolgreich in Betrieb genommen und kann danach 180 Mal pro Jahr starten.

Daher erwartet Google, dass dies mindestens bis 2035 dauern wird.

Bis dahin können die Start- und Betriebskosten von weltraumbasierten Rechenzentren pro Kilowatt und Jahr mit den Energiekosten von irdischen Rechenzentren gleicher Größe gleichziehen.

Natürlich werden sich bis dahin auch die Stromkosten von irdischen Rechenzentren ändern – sie können höher oder niedriger werden.

Obwohl das Jahr 2035 noch weit entfernt ist, hat der Weltraumwettbewerb bereits begonnen.

Elon Musk hat schon lange gesagt, dass SpaceX weltraumgestützte Rechenzentren bauen wird. Nachdem Pichai den Beitrag zur Inbetriebnahme des MVP veröffentlicht hat, antwortete Musk ihm mit zwei Raketen-Emojis.

Anschließend fügte Musk hinzu: „Die gesamte Rechenleistung im Weltraum wird offensichtlich 100 % der gesamten weltweiten Rechenleistung erreichen.“

Auch Amazon-Gründer Jeff Bezos hat ähnliches gesagt: Er behauptet, dass in 10 Jahren Gigawatt-große Rechenzentren im Weltraum entstehen werden. Der ehemalige Google-CEO Eric Schmidt hat das Raketenunternehmen Relativity Space gekauft, um ebenfalls Rechenzentren ins All zu bringen.

Das Startup Starcloud hat bereits einen Satelliten mit einer NVIDIA H100 in die Umlaufbahn gebracht und erklärt, dass eines Tages ein weltraumgestütztes Rechenzentrum mit 5 Gigawatt Leistung und einem 4 Kilometer breiten Solararray gebaut werden soll.

Googles MoonShot

Wenn man Suncatcher nur aus geschäftlicher Sicht versteht, gibt es nicht viel zu erzählen. Schließlich gibt man viel Geld aus, um Chips ins All zu bringen – nur um etwas Strom zu sparen?

Denn das Geschäft ist nur die äußere Hülle. Die wahre Wurzel, die dieses Projekt ermöglicht, ist die „Moonshot“-Kultur, die Google seit seiner Gründung trägt.

Die Geschichte beginnt im Jahr 2005.

In diesem Jahr baute der Stanford-Professor Sebastian Thrun mit einer Gruppe von Studenten ein selbstfahrendes Auto namens Stanley und nahm an der Grand Challenge teil, die von der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) der USA veranstaltet wurde.

Das Wettbewerbsziel war, dass das selbstfahrende Auto eine 132 Meilen lange Geländestrecke in Kalifornien durchquert.

Stanley hat die gesamte Strecke zurückgelegt, den Titel gewonnen und wurde auf einen Schlag berühmt.

Unter den Zuschauern dieses Wettbewerbs waren die Google-Gründer Larry Page und Sergey Brin, die angeblich verkleidet erschienen sind.

Sie kamen nicht nur zum Zuschauen, sondern auch um Talente aus dem Wettbewerb zu rekrutieren.

2007 holte Page Thrun zu Google und stellte ihm fast uneingeschrän