Krachtige AI naar de ruimte brengen klinkt futuristisch, maar achter dat idee schuilt een verrassend praktisch probleem. Duizenden chips moeten er razendsnel met elkaar kunnen communiceren, terwijl ze zich verspreid over verschillende satellieten bevinden die voortdurend door hun baan bewegen. Kabels tussen die satellieten leggen is vanzelfsprekend onmogelijk.
Google-onderzoekers zoeken daarom binnen Project Suncatcher naar een ander soort verbinding: lasers. Daarbij is inmiddels een bidirectionele verbinding met een capaciteit van 800 gigabit per seconde gerealiseerd, gebaseerd op technologie die oorspronkelijk voor glasvezelnetwerken op aarde werd ontwikkeld.
Een AI-datacenter zonder kabels
Moderne AI-systemen draaien niet simpelweg op één krachtige processor. Grote modellen worden uitgevoerd op omvangrijke clusters van chips die voortdurend enorme hoeveelheden gegevens met elkaar uitwisselen.
Wanneer zo'n infrastructuur naar de ruimte verhuist, verandert het netwerkprobleem fundamenteel. De rekenchips bevinden zich dan niet noodzakelijk in één fysieke machinehal, maar kunnen over een constellatie van satellieten worden verdeeld.
Toch moeten ze zich vanuit het perspectief van de AI-workload bijna gedragen alsof ze naast elkaar in hetzelfde datacenter staan. Dat vraagt niet alleen veel bandbreedte, maar ook een zo laag mogelijke vertraging.
Lasers als onzichtbare kabels tussen satellieten
De oplossing ligt volgens de onderzoekers bij optische communicatie. Satellieten sturen daarbij laserbundels rechtstreeks naar elkaar om informatie uit te wisselen. In theorie kan zo'n laserverbinding enorme hoeveelheden data transporteren. In de praktijk ontstaat echter een bijzonder lastige technische uitdaging. De satellieten bewegen met hoge snelheid ten opzichte van elkaar en de laser moet uiterst nauwkeurig op zijn doel gericht blijven.
Google vergelijkt de uitdaging met het telkens opnieuw raken van een bewegend doelwit ter grootte van een muntstuk vanaf kilometers afstand.
En dat moet niet één keer lukken. De verbinding moet stabiel genoeg blijven om continu grote datastromen tussen satellieten te transporteren.
800 Gbps in beide richtingen
De onderzoekers melden dat ze een bidirectionele laserverbinding van 800 Gbps hebben gerealiseerd. Daarmee kunnen gegevens met zeer hoge snelheid in beide richtingen worden verzonden.
Dat cijfer is vooral interessant wanneer de technologie wordt bekeken vanuit het perspectief van gedistribueerde AI. Een constellatie met duizenden processors heeft immers weinig aan enorme rekenkracht wanneer de chips voortdurend moeten wachten op gegevens van andere satellieten.
De netwerkverbinding wordt daarmee net zo belangrijk als de chips zelf.
Glasvezeltechnologie krijgt een tweede leven in de ruimte
Een opvallend onderdeel van het onderzoek is dat Google niet alles vanaf nul probeert te ontwikkelen. De onderzoekers bekeken of bestaande hardware uit terrestrische glasvezelnetwerken aangepast kon worden voor gebruik in de ruimte.
Dat kan een belangrijke versnelling opleveren. De telecomsector heeft tientallen jaren geïnvesteerd in technologie om via licht enorme hoeveelheden informatie door glasvezelkabels te sturen.
In de ruimte verdwijnt alleen de glasvezel zelf. Het licht moet vrij door het vacuüm reizen van de ene satelliet naar de andere. Daardoor ontstaat als het ware een draadloos glasvezelnetwerk tussen bewegende computers.
Van satelliet naar vliegend AI-cluster
Het grotere idee achter Project Suncatcher gaat dan ook verder dan klassieke satellietcommunicatie. De constellatie zou uiteindelijk kunnen functioneren als een sterk verbonden computerinfrastructuur in een baan rond de aarde.
Elke satelliet vormt daarin een onderdeel van een veel groter rekensysteem. Processoren kunnen gezamenlijk AI-workloads uitvoeren terwijl optische verbindingen de gegevens tussen de verschillende onderdelen transporteren.
Dat verandert ook de manier waarop naar satellieten kan worden gekeken. In plaats van afzonderlijke toestellen die zelfstandig gegevens verzamelen en terugsturen naar de aarde, ontstaat een netwerk waarin satellieten onderling intensief samenwerken.
Het netwerk wordt onderdeel van de AI-computer
Daarmee raakt het onderzoek aan een bredere ontwikkeling binnen AI-infrastructuur. Naarmate modellen groter worden, draait schaalvergroting niet uitsluitend om krachtigere chips. Ook de verbindingen tussen die chips bepalen hoeveel rekenkracht daadwerkelijk benut kan worden.
Op aarde gebeurt dat binnen datacenters met uiterst snelle netwerkverbindingen. In een orbitale infrastructuur moet hetzelfde principe zonder fysieke kabels worden gerealiseerd. De 800 Gbps-laserverbinding laat zien hoe dat technisch zou kunnen werken. Bestaande glasvezeltechnologie wordt aangepast, laserbundels vervangen de kabels en een verzameling bewegende satellieten kan zich uiteindelijk gedragen als één gedistribueerde computer.
Het opmerkelijke is daarmee niet alleen dat satellieten met lasers met elkaar communiceren. De echte ambitie is dat duizenden chips, verspreid door de ruimte, uiteindelijk snel genoeg met elkaar kunnen praten om samen één gigantisch AI-systeem te vormen.
