¡Ex científico de la NASA desmiente a Musk! Construir centros de datos en el espacio es aún más absurdo que las misiones tripuladas

El exingeniero de la NASA y experto en la nube de Google, Taranis, publicó un artículo criticando duramente la idea de construir centros de datos en el espacio, calificándola de “idea completamente irreal y terrible”. Como doctor en electrónica espacial y con 10 años de experiencia trabajando en Google, desglosa los defectos fatales de este concepto desde cuatro perspectivas principales: suministro eléctrico, refrigeración, resistencia a la radiación y comunicaciones.

Antecedentes del experto de la NASA y lecciones de la experiencia de los astronautas en la EEI

(Fuente: Boeing)

Para aclarar las credenciales, el autor del artículo es un exingeniero y científico de la NASA, con un doctorado en electrónica espacial. También trabajó durante 10 años en Google, en varios departamentos de la empresa, incluidos YouTube y el área de nube encargada de desplegar capacidad de computación de IA. Esta doble experiencia en ingeniería espacial y computación en la nube le otorga gran autoridad para opinar sobre este tema.

Desde el inicio del artículo afirma: “Esto es sin duda una mala idea, realmente no tiene ningún sentido”. Las razones son muchas, pero en resumen, los equipos electrónicos necesarios para operar un centro de datos, especialmente aquellos que despliegan capacidad de IA en forma de GPU y TPU, no son en absoluto adecuados para funcionar en el espacio. Si nunca has trabajado en este campo, advierte al lector que no asuma nada por intuición, ya que la realidad de operar hardware espacial en el espacio no siempre es evidente.

Esta advertencia proviene de su experiencia práctica en la NASA. El entorno espacial plantea desafíos a los equipos electrónicos mucho mayores de lo que la gente imagina, incluso los astronautas que trabajan en la Estación Espacial Internacional (EEI) deben enfrentarse a numerosos problemas técnicos inexistentes en la Tierra. Cada sistema de la EEI está meticulosamente diseñado para enfrentarse al vacío, la radiación y los extremos térmicos, lo que suele implicar compromisos en el rendimiento y enormes costes.

Suministro eléctrico: una matriz solar del tamaño de la EEI solo alimenta 200 GPU

El principal argumento a favor de construir centros de datos en el espacio parece ser la abundancia de energía. Pero el ingeniero de la NASA señala que esto no es así. Básicamente solo tienes dos opciones: energía solar o nuclear. La energía solar implica desplegar paneles solares con células fotovoltaicas, lo cual puede funcionar, pero no es mágicamente mejor que instalar paneles solares en la Tierra. La pérdida de energía al atravesar la atmósfera no es tanta, así que la intuición sobre el área necesaria es más o menos correcta.

La mayor matriz solar desplegada en el espacio es el sistema de la Estación Espacial Internacional (EEI), que proporciona un máximo de algo más de 200kW. Esta instalación requirió varias misiones de transbordador espacial y mucho trabajo de astronautas; su área es de unos 2.500 metros cuadrados, más de la mitad de un campo de fútbol americano.

Tomando como referencia la NVIDIA H200, cada GPU requiere unos 0,7kW por chip. Estas no pueden funcionar de forma independiente, y la conversión de energía no es 100% eficiente, así que en la práctica, 1kW por GPU es un cálculo más realista. Por lo tanto, una gran matriz del tamaño de la EEI solo podría alimentar unas 200 GPU.

Comparativa de necesidades energéticas

Matriz solar de la EEI: 200kW de potencia máxima, 2.500m² de superficie

Una GPU H200: 1kW de consumo real

Cantidad de GPU alimentadas por la EEI: unas 200 (equivalente a 3 racks terrestres)

Proyecto de centro de datos de OpenAI en Noruega: 100.000 GPU

Para alcanzar la capacidad de OpenAI, tendrías que lanzar 500 satélites del tamaño de la EEI. En comparación, un solo rack de servidores alberga 72 GPU, así que cada satélite gigante solo equivaldría a unos tres racks. La energía nuclear tampoco ayuda: los generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG) típicamente proporcionan entre 50W y 150W, ni siquiera suficiente para alimentar una sola GPU.

Pesadilla de la refrigeración: el vacío hace inútil la refrigeración por convección

Muchos reaccionan a este concepto pensando: “El espacio es muy frío, así que la refrigeración será fácil, ¿no?”. La respuesta del ingeniero de la NASA es: “Eh… no… realmente no”.

En la Tierra, la refrigeración es sencilla. La convección del aire funciona bien; hacer pasar aire a través de disipadores es bastante efectivo para transferir calor al aire. Si necesitas mayor densidad de potencia, puedes usar refrigeración líquida para transportar el calor a disipadores más grandes en otro lugar. En el espacio no hay aire. El entorno es prácticamente un vacío absoluto, así que la convección simplemente no ocurre.

El espacio en sí no tiene temperatura; solo la tiene la materia. En el sistema Tierra-Luna, la temperatura media de casi cualquier objeto es similar a la media terrestre. Si el satélite no gira, el lado en sombra se enfría gradualmente hasta unos 4 Kelvin, apenas por encima del cero absoluto. En el lado soleado, puede llegar a varios cientos de grados centígrados. Así que la gestión térmica requiere un diseño muy cuidadoso.

El autor ha diseñado sistemas de cámaras para volar en el espacio, y la gestión térmica fue central en el proceso. Diseñó los sistemas para consumir un máximo de 1 vatio, bajando al 10% cuando la cámara está en reposo. Toda la energía se convierte en calor, que debe disiparse atornillando los bordes de las placas de circuito al chasis.

Refrigerar siquiera una sola H200 sería una auténtica pesadilla. Los disipadores y ventiladores no sirven de nada, y aunque sea líquida, la refrigeración necesita transferir el calor a paneles que lo irradien al espacio. El Sistema de Control Térmico Activo (ATCS) de la EEI emplea un circuito de refrigeración de amoníaco y grandes radiadores; su límite de disipación es de 16kW, es decir, unos 16 H200, apenas un cuarto de un rack terrestre. El sistema de radiadores mide 13,6m x 3,12m, unos 42,5m².

Si tomamos 200kW como referencia, necesitaríamos un sistema 12,5 veces mayor, unos 531m², o unas 2,6 veces el tamaño de la matriz solar relacionada. Eso sería ahora un satélite mucho más grande que la EEI, todo para igualar tres racks estándar en la Tierra.

Amenaza de radiación: chips GPU expuestos a rayos cósmicos como astronautas sin protección

(Fuente: Wikipedia)

Esto entra en el campo de investigación doctoral del autor. Supongamos que puedes alimentar y refrigerar los equipos electrónicos en el espacio: aún te queda el problema de la resistencia a la radiación. Hay dos fuentes principales de radiación en el espacio: el Sol y el espacio profundo. Básicamente se trata de partículas cargadas moviéndose a un porcentaje considerable de la velocidad de la luz, desde electrones hasta núcleos atómicos. Al impactar los materiales de los chips, pueden causar daños directos.

La consecuencia más común es una inversión de evento único (SEU), cuando una partícula atraviesa un transistor y provoca un pulso donde no debería haberlo. Si eso cambia un bit, lo llamamos SEU. Peor aún es el latch-up de evento único, cuando el pulso de una partícula cargada provoca un voltaje que supera el rail de alimentación del chip y puede crear un canal entre rails, quemando permanentemente una puerta.

En misiones de larga duración, también hay que considerar los efectos de dosis acumulada. Con el tiempo, el rendimiento de los chips en el espacio disminuye porque los impactos repetidos de partículas hacen que los pequeños transistores de efecto de campo cambien más lentamente. En la práctica, esto reduce la frecuencia máxima viable con el tiempo, aumentando el consumo.

Las GPU y TPU y la RAM de alto ancho de banda que necesitan son lo peor en cuanto a resistencia a la radiación. Los transistores de pequeña geometría son especialmente vulnerables a SEU y latch-up. Los chips realmente diseñados para el espacio emplean estructuras de puerta y geometrías mucho mayores; normalmente el procesador equivale a un PowerPC del año 2005. Fabricar una GPU o TPU así es posible, pero su rendimiento sería una fracción minúscula del de la generación actual terrestre.

Cuello de botella en las comunicaciones y conclusión

La mayoría de satélites se comunican con la Tierra por radio, y es difícil lograr de forma fiable velocidades superiores a 1Gbps. En comparación, los racks típicos de servidores en la Tierra tienen interconexiones de rack a rack de 100Gbps, consideradas de gama baja, así que esta diferencia también es significativa. El ingeniero de la NASA concluye: “Supongo que si realmente quieres hacerlo, apenas sería posible, pero primero, sería extremadamente difícil de lograr, el coste sería desproporcionado respecto a un centro de datos terrestre, y como mucho solo ofrecería un rendimiento mediocre. Para mí, creo que es una idea desastrosamente mala.”