Elon Musk hat eine Vision. Eine Million Satelliten, die die Erde umkreisen, von der Sonne mit Energie versorgt werden und künstliche Intelligenz fernab irdischer Einschränkungen verarbeiten. Klingt das nach Science-Fiction? Vielleicht. Aber Musk meint es ernst. SpaceX hat die Regulierungsbehörden bereits um Erlaubnis gebeten, solarbetriebene Rechenzentren direkt im Orbit zu errichten – mit einer Leistung von bis zu 100 Gigawatt.
„Der günstigste Ort für KI wird in 36 Monaten oder früher im Weltraum sein“, erklärte Musk vergangene Woche in einem Podcast. Und er ist nicht allein. Google hat das Projekt Suncatcher gestartet, das Startup Starcloud hat Pläne für eine Konstellation aus 80.000 Satelliten eingereicht. Sogar Jeff Bezos stimmte zu, dass dies die Zukunft sei.
Doch dann kommt die Realität. Und die ist brutal.
Zahlen, die wehtun
Andrew McCalip, ein Raumfahrtingenieur, machte sich die Mühe und berechnete, wie viel der Bau eines Rechenzentrums im Orbit tatsächlich kosten würde. Das Ergebnis? Ein orbitales Rechenzentrum mit einer Leistung von 1 Gigawatt würde 42,4 Milliarden Dollar kosten. Das ist fast dreimal so viel wie sein Pendant auf der Erde. Warum? Weil es ein Vermögen kostet, irgendetwas ins All zu bringen. Und dann muss es dort auch noch überleben.
Um das zu verstehen, müssen wir zu den Grundlagen zurückkehren. Jedes Raumfahrtgeschäft steht und fällt mit einer Frage: Wie viel kostet es, ein Kilogramm Nutzlast in den Orbit zu bringen? SpaceX bietet heute den niedrigsten Preis auf dem Markt – dank der wiederverwendbaren Falcon-9-Rakete etwa 3.600 Dollar pro Kilogramm (umgerechnet rund 74.000 Kč). Klingt das gut? Keineswegs. Laut einer Studie zu Googles Projekt Suncatcher müsste der Preis auf 200 Dollar (4.100 Kč) pro Kilogramm sinken, damit sich Rechenzentren im Weltraum überhaupt lohnen. Das wäre eine Verbesserung um den Faktor 18. Und es wird erwartet, dass solche Preise erst irgendwann in den 2030er-Jahren verfügbar sein werden.
Starship: Retter oder nur ein weiteres Versprechen?
Der gesamte Plan setzt alles auf eine Karte: Starship. Die neue Megarakete von SpaceX soll die Kosten für den Transport ins All revolutionieren. Das Problem? Starship hat bisher noch keinen einzigen erfolgreichen Flug in den Orbit absolviert. Die dritte Version soll in den kommenden Monaten starten. Und selbst wenn Starship perfekt funktionieren würde, warnen Ökonomen der Beratungsfirma Rational Futures: SpaceX wird nicht wesentlich weniger verlangen als die Konkurrenz. Warum auch? Wenn Jeff Bezos’ Blue Origin einen Flug für 70 Millionen Dollar anbietet, wird SpaceX einen ähnlichen Preis verlangen. Andernfalls würde das Unternehmen Geld auf dem Tisch liegen lassen.
„Es gibt noch nicht genügend Raketen, um eine Million Satelliten zu starten“, sagte Matt Gorman, Leiter von Amazon Web Services (AWS). „Die Kosten für den Transport ins All sind heute enorm. Es ist schlicht nicht wirtschaftlich.“
Satelliten sind nicht kostenlos
Doch Raketen sind nur die Hälfte des Problems. Die andere Hälfte? Die Satelliten selbst. „Alle setzen als selbstverständlich voraus, dass Starship nur Hunderte Dollar pro Kilogramm kosten wird“, sagt McCalip. „Aber niemand berücksichtigt, dass Satelliten derzeit fast 1.000 Dollar pro Kilogramm kosten.“
SpaceX konnte die Kosten für die Satellitenproduktion dank Starlink – seinem rekordverdächtigen Kommunikationsnetzwerk – zwar deutlich senken. Das Unternehmen hofft, dass die Massenproduktion weitere Einsparungen bringt. Deshalb spricht es von einer Million Satelliten. Doch KI-Satelliten werden wesentlich komplexer sein als gewöhnliche Starlink-Satelliten. Sie benötigen riesige Solarmodule, ausgeklügelte Wärmeableitungssysteme und Laserkommunikationsverbindungen. All das bringt Gewicht mit sich. Und jedes zusätzliche Kilogramm bedeutet höhere Kosten.
Betrachten wir es aus einer anderen Perspektive: Auf der Erde kostet ein Kilowatt Energie für ein Rechenzentrum je nach lokalen Strompreisen zwischen 570 und 3.000 Dollar (11.700–61.800 Kč) pro Jahr. Starlink-Satelliten beziehen ihre Energie aus Solarmodulen, doch wenn man die Kosten für Herstellung, Start und Wartung dieser Satelliten berücksichtigt, kommt man auf 14.700 Dollar (302.800 Kč) pro Kilowatt und Jahr. Das ist das Fünffache. Mindestens.
Der Weltraum ist rau
Befürworter orbitaler Rechenzentren behaupten gern, die Kühlung sei im Weltraum „kostenlos“. Das ist jedoch eine Vereinfachung, die an eine Lüge grenzt. Ohne Atmosphäre ist es in Wirklichkeit wesentlich schwieriger, Wärme abzuführen. Man ist auf riesige Radiatoren angewiesen, die die Wärme in die Leere des Weltraums abstrahlen. Und das bedeutet viel zusätzliche Fläche und Masse. „Das gilt als eine der größten Herausforderungen, insbesondere langfristig“, sagt Mike Safyan von Planet Labs, das Satellitenprototypen für Google Suncatcher baut.
Und das ist noch nicht alles. Kosmische Strahlung schädigt Chips allmählich und kann sogenannte „Bit-Flip“-Fehler verursachen – dabei ändert sich der Wert eines Bits im Speicher zufällig, wodurch Daten beschädigt werden können. Man kann Chips durch Abschirmung schützen, widerstandsfähigere Komponenten verwenden oder sie in Reihen mit redundanten Kontrollen betreiben. Doch all diese Möglichkeiten bedeuten mehr Gewicht und höhere Kosten.
Google testete seine Tensor Processing Units (speziell für maschinelles Lernen entwickelte Chips) mithilfe eines Teilchenbeschleunigers. SpaceX soll eigens zu diesem Zweck einen eigenen Beschleuniger gekauft haben.
Solarmodule: Segen und Fluch zugleich
Die Logik des Projekts klingt einfach: Solarmodule im Weltraum sind fünf- bis achtmal effizienter als auf der Erde. Und wenn sie sich auf der richtigen Umlaufbahn befinden, können sie 90 % des Tages oder sogar länger der Sonne ausgesetzt sein. Strom ist der wichtigste Treibstoff für Chips, mehr Energie bedeutet also günstigere Rechenzentren. Doch auch Solarmodule sind im Weltraum komplizierter.
Aus seltenen Erden hergestellte Module sind widerstandsfähig, aber zu teuer. Siliziummodule sind günstig und werden im Weltraum immer häufiger eingesetzt – sowohl Starlink als auch Amazon Kuiper verwenden sie. Aufgrund der Weltraumstrahlung verschleißen sie jedoch wesentlich schneller. Dadurch wird die Lebensdauer von KI-Satelliten auf etwa fünf Jahre begrenzt. Einige Analysten halten das allerdings nicht für ein allzu großes Problem. „Nach fünf oder sechs Jahren rentieren sich die Kosten pro Kilowattstunde ohnehin nicht mehr, weil die Systeme dann nicht mehr dem neuesten Stand entsprechen“, sagt Philip Johnston, Leiter von Starcloud.
Danny Field vom Startup Solestial, das Silizium-Solarmodule für den Weltraum herstellt, sieht orbitale Rechenzentren als wichtigsten Wachstumsmotor. Er spricht mit mehreren Unternehmen über potenzielle Projekte. Als langjähriger Konstrukteur von Raumfahrzeugen spielt er die Herausforderungen jedoch nicht herunter. „Die Physik lässt sich immer auf größere Dimensionen extrapolieren“, sagt Field. „Ich bin gespannt, wie einige dieser Unternehmen die Wirtschaftlichkeit an einen Punkt bringen wollen, an dem das Ganze sinnvoll wird.“
Was werden wir mit Rechenzentren im Weltraum eigentlich machen?
Die entscheidende Frage lautet: Wozu werden orbitale Rechenzentren dienen? Werden sie universell einsetzbar sein oder nur für Inferenz beziehungsweise für das Training von Modellen? Das Training neuer KI-Modelle erfordert den gleichzeitigen Betrieb Tausender GPUs. Der Großteil des Trainings erfolgt nicht verteilt, sondern in einzelnen Rechenzentren. Hyperscaler versuchen, dies zu ändern, um die Leistung ihrer Modelle zu steigern, doch bislang ist ihnen das nicht gelungen. Ebenso wird das Training im Weltraum Kohärenz zwischen den GPUs auf mehreren Satelliten erfordern.
Das Team von Googles Projekt Suncatcher weist darauf hin, dass die terrestrischen Rechenzentren des Unternehmens ihre TPU-Netzwerke mit einer Bandbreite von Hunderten Gigabit pro Sekunde verbinden. Die schnellsten kommerziellen Kommunikationsverbindungen zwischen Satelliten, die heute Laser verwenden, erreichen lediglich etwa 100 Gbit/s. Dies führte zu einer interessanten Architektur für Suncatcher: Sie umfasst 81 Satelliten, die in einer so engen Formation fliegen, dass sie dieselben Sender wie terrestrische Rechenzentren verwenden können. Das bringt natürlich eigene Probleme mit sich: die erforderliche Autonomie, damit jedes Raumfahrzeug an der richtigen Position bleibt, selbst wenn es manövrieren muss, um Weltraumschrott oder einem anderen Satelliten auszuweichen.
Inferenzaufgaben benötigen nicht Tausende koordiniert arbeitende GPUs. Die Arbeit lässt sich mit Dutzenden GPUs bewältigen, möglicherweise auf einem einzigen Satelliten – eine Architektur, die eine Art minimal funktionsfähiges Produkt und einen wahrscheinlichen Ausgangspunkt für das Geschäft mit orbitalen Rechenzentren darstellt. „Der Weltraum ist nicht der ideale Ort für das Training“, sagt Johnston. „Ich denke, dass fast alle Inferenzaufgaben im Weltraum erledigt werden“, wobei er sich alles vorstellt – von Sprachagenten im Kundenservice bis hin zu ChatGPT-Anfragen, die im Orbit berechnet werden. Der erste KI-Satellit seines Unternehmens verdiene bereits Geld mit der Durchführung von Inferenzberechnungen im Orbit, sagt er.
SpaceX setzt auf beide Karten
Obwohl selbst die FCC-Einreichung von SpaceX (Federal Communications Commission) nur wenige Details enthält, wird für die Konstellation orbitaler Rechenzentren des Unternehmens eine Rechenleistung von etwa 100 Kilowatt pro Tonne erwartet – ungefähr doppelt so viel wie bei den aktuellen Starlink-Satelliten. Die Satelliten werden miteinander zusammenarbeiten und das Starlink-Netzwerk zum Austausch von Informationen nutzen; in der Einreichung wird behauptet, die Laserverbindungen von Starlink könnten Bandbreiten im Petabit-Bereich erreichen.
Für SpaceX ermöglicht die jüngste Übernahme von xAI (das eigene terrestrische Rechenzentren baut), sowohl bei terrestrischen als auch bei orbitalen Rechenzentren Position zu beziehen und abzuwarten, welche Lieferkette sich schneller anpasst. Das ist der Vorteil austauschbarer Gleitkommaoperationen pro Sekunde – wenn man sie erst einmal in Gang bringen kann. „Ein FLOP ist ein FLOP, unabhängig davon, wo er stattfindet“, sagt McCalip. „SpaceX kann einfach weiter skalieren, bis es auf der Erde an Genehmigungs- oder Kapitalgrenzen stößt, und dann wieder auf Einsätze im Weltraum zurückgreifen.“
Also ... ist das sinnvoll?
Kehren wir zu der grundlegenden Frage zurück. Ist es wirtschaftlich sinnvoll, Rechenzentren im Weltraum zu bauen?
Noch nicht. Die Kosten sind zu hoch, die Technologie ist noch nicht ausgereift und die Infrastruktur existiert nicht. Doch Musk und andere setzen darauf, dass sich das ändern wird. Dass Starship die Transportkosten senkt, dass die Massenproduktion Satelliten günstiger macht und dass terrestrische Rechenzentren an Grenzen stoßen werden – seien es energetische, regulatorische oder räumliche.
Vielleicht haben sie recht. Vielleicht werden wir in einigen Jahren zurückblicken und darüber lachen, dass wir daran gezweifelt haben. Oder vielleicht werden wir feststellen, dass manche Dinge einfach auf die Erde gehören. Eines ist jedenfalls sicher: Wenn Elon Musk sagt, dass er etwas tun wird, lohnt es sich, das zu verfolgen. Auch wenn die Mathematik vorerst „Nein“ schreit.
Quelle: techcrunch.com
