Google 將首次將 TPU 晶片送入軌道測試太空計算硬件的可行性

Google 計劃首次將其張量處理單元（TPUs）送入軌道，以評估強大計算硬件在地球以外的運作潛力。這顆原型衞星將搭載於 SpaceX 即將進行的 Transporter-18 共用發射任務，測試 Google 的晶片在發射過程中的承受力、輻射影響及低地球軌道的極端溫度條件。該使命由衞星公司 Planet 共同開發，為 Google 的 Project Suncatcher 計劃下的首個軌道硬件測試。此研究旨在探討衞星羣是否能在未來承載大規模機器學習基礎設施。

根據 Google 的說法，低地球軌道的衞星可獲得接近持續的陽光，並可能比地球上的類似系統產生多達八倍的太陽能。

測試太空環境中的硬件

目前的目標相對基本：瞭解設計用於陸地數據中心的硬件是否能夠可靠地在發射後生存並繼續在嚴苛的太空環境中運作。前往低地球軌道的航程使宇宙飛船承受劇烈的振動和持續的加速度，達到約 10 倍地球重力。單個組件，包括 TPU 晶片，可能會經歷 50 至 100 g 的力量。 Google 對其衞星硬件進行了三個軸向的振動測試，以重現火箭發射期間遇到的頻率。該公司表示，硬件在這些測試中均取得成功。

輻射是另一個挑戰。宇宙射線和太陽活動可能會干擾電子設備並導致錯誤，例如位元翻轉。 Google 在加州大學戴維斯分校的克羅剋核實驗室使用質子束測試了其 Trillium TPUs，期間處理器執行機器學習工作負載。該公司表示，初步結果顯示，這些晶片能夠承受的總電離輻射劑量超過它們在五年太空任務中預期接收的劑量。冷卻也可能同樣具挑戰性。TPU 將大量熱量集中在小面積內，而太空的真空環境消除了傳統冷卻系統所依賴的氣流。

冷卻系統的挑戰

Google 正在測試熱管和散熱器的組合，以將熱量從處理器中移除。這些冷卻硬件已在設計用以重現太空條件的熱真空室內進行測試。即將到來的任務將提供首次檢視該系統在軌道上表現的機會。

超高速通信的需求

Project Suncatcher 最終構想衞星攜帶數十個 TPU 晶片，並在緊密協調的羣組中共同運作。這樣的系統需要在宇宙飛船之間進行超高速通信，以分配計算工作負載。 Google 計劃使用鐳射連接來實現這些連接。與現有的光學衞星連接主要用於長距離通信不同，所提出的系統需要在相對接近的衞星之間提供非常高的帶寬。保持這些連接的對準將需要精確瞭解每顆衞星相對於其鄰近衞星的位置。

Google 將這一挑戰比作從數英里外擊中一個硬幣大小的目標，兩個點均在移動。該項目的這一部分將在 2027 年進行自己的軌道測試，屆時 Google 計劃發射兩顆衞星並評估其星際通信系統。當前，Transporter-18 任務將專注於基礎：確定 TPU 在發射及其在輻射、真空和熱條件下的行為。這些結果將幫助 Google 在嘗試更複雜的衞星計算系統之前，進一步完善硬件。

TPU 在太空計算的潛力與挑戰

Google 的 Project Suncatcher 計劃標誌著太空計算技術的一個重要進展。將 TPU 晶片送入低地球軌道不僅是對硬件在極端環境中表現的測試，還有助於探索未來在太空中進行大規模機器學習的可能性。隨著太空任務的複雜性增加，如何有效管理熱量和輻射等挑戰將成為關鍵。此外，超高速通信的需求也顯示出在太空中協同運作的潛力，這將對未來的太空任務和科技發展具有深遠影響。