Perlombaan komputasi luar angkasa telah berubah menjadi persaingan senjata yang nyata.
Elon Musk memperkirakan bahwa pada tahun 2032, satelit AI luar angkasa bertenaga surya akan menjadi solusi komputasi dengan biaya paling optimal di dunia.
Penilaian CEO Nvidia, Jensen Huang, pada Maret tahun ini juga, dalam arti tertentu, memberikan sifat pada perlombaan ini — kecerdasan harus ada di mana pun data dihasilkan.
Setelah dua raksasa ini bertindak, medan pertempuran komputasi luar angkasa didorong ke ketinggian yang belum pernah terjadi sebelumnya, tetapi tantangan rekayasa yang dihadapi komputasi luar angkasa masih jauh lebih keras daripada di darat.
Tidak ada konveksi udara, chip tidak bisa mendingin; partikel energetik tinggi ada di alam semesta, yang sewaktu-waktu dapat membuat chip error...
△Satelit komputasi dalam dan luar negeri (dihasilkan dengan bantuan AI)
Di sisi lain, Musk juga dikabarkan memiliki perkembangan baru — perusahaan SpaceX-nya sedang mempertimbangkan untuk mengakuisisi perusahaan modul optik, Mesh.
Mesh, yang diminati Musk, bisnis utamanya adalah memproduksi massal transceiver optik untuk meningkatkan efisiensi komunikasi pusat data AI, sehingga meningkatkan kualitas dan efisiensi.
Mengapa Komputasi Cahaya Secara Alami Cocok untuk Luar Angkasa
Dalam perlombaan komputasi luar angkasa, tantangan yang dihadapi chip jauh lebih ketat daripada di darat, muatan komputasi harus melewati tiga rintangan — radiasi, pendinginan, konsumsi daya.
Chip elektronik tradisional bergantung pada penyimpanan muatan dan kerja transistor berbasis silikon, sementara luar angkasa dipenuhi dengan banyak partikel kosmik berenergi tinggi.
Begitu partikel berenergi tinggi mengenai chip, itu akan memicu efek seperti single-event upset (SEU), single-event latch-up (SEL), yang menyebabkan kesalahan komputasi hingga kegagalan perangkat.
Chip komputasi cahaya pada dasarnya menghindari rintangan ini.
Komputasi cahaya menggunakan foton sebagai pembawa informasi komputasi, foton sendiri tidak memiliki muatan listrik, secara alami kebal terhadap gangguan langsung dari benturan partikel berenergi tinggi, tidak memerlukan desain perlindungan radiasi khusus.
Pendinginan adalah rintangan kedua, dan juga yang paling rumit.
Saat chip elektronik tradisional bekerja, pergerakan elektron di kabel dan sakelar transistor pasti menghasilkan panas, dan tugas AI memiliki permintaan besar untuk pemindahan data dan komputasi, membuat konsumsi daya dan produksi panas chip elektronik tetap tinggi.
Luar angkasa adalah lingkungan vakum, tidak ada konveksi udara, hanya ada dua cara pendinginan: konduksi panas dan radiasi panas.
Batasan kondisi pendinginan yang ketat sangat mudah menyebabkan penurunan frekuensi atau bahkan kegagalan chip tradisional.
Cara kerja chip komputasi cahaya sangat berbeda dengan ini, cahaya menyebar di waveguide untuk menyelesaikan komputasi, proses ini hampir tidak menghasilkan panas.
Rintangan ketiga adalah konsumsi daya.
Satelit sangat bergantung pada pasokan daya dari panel surya saat beroperasi di orbit, dan hanya mengandalkan baterai onboard selama periode bayangan orbit, pasokan energi sangat terbatas.
Semakin besar konsumsi energi chip berkinerja tinggi, semakin besar area panel surya yang dibutuhkan, yang kemudian meningkatkan berat, volume, dan biaya peluncuran satelit.
Konsumsi daya statis chip komputasi cahaya secara teoritis mendekati nol, secara alami sesuai dengan batasan ketat sumber energi satelit yang terbatas, bisa dibilang menghindari setengah dari rintangan ini.
Tiga karakteristik komputasi cahaya — tahan radiasi, produksi panas rendah, konsumsi daya rendah — dalam lingkungan luar angkasa adalah 'senjata pamungkas' yang membantu komputasi luar angkasa langsung melewati hambatan teknis tahap awal.
Setelah melewati tiga rintangan ini, komputasi cahaya dalam skenario luar angkasa juga memiliki keunggulan tingkat sistem yang sulit dicapai oleh komputasi listrik —
Dengan berat muatan yang sama, komputasi cahaya dapat menghasilkan total daya komputasi yang lebih tinggi.
Memindahkan pusat data darat ke langit, kendala utamanya adalah berat dan volume muatan.
Seluruh arsitektur server tradisional dirancang untuk bentuk darat, mengirim daya komputasi ke langit, chip komputasi, penyimpanan, CPU, serta sistem pendingin pendukung, lapisan pelindung radiasi... setiap komponen akan mengambil ruang muatan yang berharga, menyisakan sangat sedikit ruang yang benar-benar dapat digunakan untuk komputasi.
Pendekatan yang diberikan Nvidia adalah mengintegrasikan CPU dan GPU dalam satu chip, mencapai daya komputasi yang cukup besar dengan ukuran dan berat yang sangat kecil, modul Space-1 Vera Rubin adalah kelanjutan dari ide ini.
Tetapi komputasi cahaya bisa melangkah lebih jauh.
Karena chip komputasi cahaya sendiri memiliki produksi panas rendah dan konsumsi daya rendah, struktur pendingin pendukung dan sistem energi yang dibutuhkan dapat dibuat lebih ringan dan lebih kecil, dalam muatan dengan berat yang sama, komputasi cahaya dapat menampung lebih banyak daya komputasi.
Oleh karena itu, dalam kondisi pasokan energi dan pendinginan yang sama, total daya komputasi yang dicapai oleh komputasi cahaya lebih tinggi daripada komputasi listrik.
△Tiga keunggulan komputasi cahaya dalam skenario luar angkasa (dihasilkan dengan bantuan AI)
Menurut Wakil Direktur Institut Sains dan Teknologi Cahaya, Pu Huanan, ada dorongan internal yang mendalam di balik keunggulan ini.
Kemajuan performa chip komputasi listrik untuk waktu yang lama bergantung pada penyusutan proses — mengintegrasikan lebih banyak transistor di area yang sama, meningkatkan kepadatan komputasi melalui koneksi yang lebih halus.
Namun, jalan ini memiliki batas fisik, ketika jarak gerbang transistor menyusut sampai tingkat tertentu, efek tunneling kuantum akan muncul tanpa dapat dihindari.
Elektron akan menembus penghalang potensial yang secara teoritis tidak dapat ditembus, menyebabkan kebocoran listrik dan kesalahan komputasi, ini adalah langit-langit yang tidak dapat dihindari oleh komputasi listrik di tingkat fisik.
Komputasi cahaya mengambil jalan yang sama sekali berbeda.
Pembuatan chip komputasi cahaya tidak bergantung pada sistem proses canggih yang didominasi oleh mesin lithografi ultraviolet ekstrem (EUV), proses 45 nanometer ke atas yang ada saat ini bahkan tingkat sub-mikron sudah dapat memenuhi kebutuhan pembuatan chip komputasi cahaya.
Peningkatan daya komputasi cahaya bergantung pada perluasan skala komputasi cahaya, serta pemanfaatan penuh dari banyak dimensi multiplexing yang dimiliki foton itu sendiri, seperti panjang gelombang, polarisasi, mode optik.
Di jalur ini, produksi panas dan konsumsi daya komputasi cahaya tetap stabil, biaya dapat dikontrol secara efektif, dan langit-langit daya komputasi juga jauh belum tersentuh.
Foton Membuka Jalan, Dari Darat ke Inferensi On-Orbit di Luar Angkasa
Foton adalah pembawa inti dari komputasi cahaya.
Ide dasar komputasi cahaya adalah menggunakan foton untuk menggantikan elektron dalam menyelesaikan bagian paling inti dari perhitungan inferensi AI, yaitu sejumlah besar operasi matriks.
Keunggulan chip komputasi cahaya terletak pada kemampuannya untuk menyelesaikan sejumlah besar perkalian seperti ini secara bersamaan dalam satu propagasi cahaya, dengan kecepatan sangat cepat, dan hampir tidak menghasilkan panas.
Namun, melihat ke seluruh industri, sebagian besar solusi komputasi cahaya masih memiliki jarak tertentu dibandingkan dengan komputasi listrik untuk benar-benar dapat diterapkan secara luas, universal, dan stabil.
Dua masalah yang paling menonjol adalah:
Pertama, penyimpanan dan komputasi masih terpisah, parameter model selama inferensi AI perlu sering dipindahkan dari penyimpanan eksternal ke unit komputasi, bandwidth memori menjadi hambatan seluruh sistem;
Kedua, integrasi skala besar sulit, dibatasi oleh batasan fisik platform silicon photonics pada ukuran chip, deformasi lengkung, dan kepadatan interkoneksi, solusi komputasi cahaya tradisional tidak mudah untuk memperluas skala daya komputasi.
Dua ambang batas ini membuat komputasi cahaya masih memiliki jarak tertentu dari ekosistem komputasi yang matang dan lengkap seperti chip listrik.
△Arsitektur komputasi in-memory foton dari Cahaya
△Sistem komputasi cahaya berbasis kaca dengan kemasan multi-layer dari Cahaya
Tetapi dari darat ke luar angkasa, Pu Huanan berpikir "komputasi cahaya masih perlu melewati satu rintangan rekayasa".
Tahap peluncuran roket memiliki getaran yang sangat keras, struktur optik dibandingkan dengan chip elektronik murni memperkenalkan lebih banyak kemasan, stabilitas struktur chip di bawah getaran intensitas tinggi menghadapi ujian tambahan.
Setelah memasuki orbit, sistem komputasi cahaya juga perlu menyelesaikan verifikasi tingkat sistem untuk energi, kontrol panas, komunikasi di lingkungan luar angkasa yang sebenarnya.
Komputasi Cahaya & Interkoneksi Cahaya, Kartu As Berikutnya untuk Daya Komputasi Luar Angkasa
Jalur ini mirip dengan logika evolusi Nvidia dari GPU tunggal ke solusi tingkat klaster, tetapi rute teknologi dasarnya sangat berbeda.
Melihat seluruh industri komputasi berbasis luar angkasa, perkembangan saat ini masih berada pada tahap yang sangat awal, masih cukup jauh dari penerapan komersial skala besar.
Verifikasi teknologi, integrasi sistem, penyebaran skala, setiap mata rantai masih memiliki banyak masalah rekayasa yang harus dipecahkan.
Sumber daya pasokan daya platform berbasis satelit yang terbatas, siklus iterasi chip luar angkasa, masuk orbit skala besar dengan biaya rendah, ini semua adalah ambang batas yang harus dilalui oleh komputasi berbasis luar angkasa dari uji coba ke komersialisasi.
Hanya ketika biaya keseluruhan komputasi berbasis luar angkasa lebih rendah daripada komputasi darat, atau skenario berbasis luar angkasa dapat menyediakan layanan bernilai tinggi yang tidak dapat digantikan oleh darat, komersialisasi yang luas akan memiliki pendorong yang nyata.
Jalur daya komputasi luar angkasa baru saja terbuka, rute teknologi apa yang dipilih oleh chip dan sistem komputasi akan menentukan batas kemampuan konstelasi daya komputasi di masa depan.
Komputasi listrik secara bertahap mencapai batas di hadapan batas proses, komputasi dan interkoneksi cahaya mungkin justru adalah kartu kunci dalam perlombaan ini untuk menghindari kendala fisik dan menciptakan diferensiasi.
Artikel ini berasal dari akun WeChat publik: 量子位 (Qubit) , penulis: Mengikuti teknologi depan, judul asli:《Jawaban Lokal untuk Komputasi Luar Angkasa: Lebih Efisien dengan Foton! Jalur Musk dan Huang Terlalu Berbelit》
