અંતરિક્ષમાં ડેટા સેન્ટર: ગૂગલે ભ્રમણકક્ષામાં TPU ચિપ પર Gemma 4 મોડેલ ચલાવ્યું

પૃથ્વી પર વિશાળ ડેટા સેન્ટરો ચલાવવા માટે અઢળક વીજળી અને પાણીની જરૂર પડે છે. આર્ટિફિશિયલ ઇન્ટેલિજન્સ (AI) ના યુગમાં વધતી જતી આ ઊર્જા માંગ વચ્ચે ગૂગલે એક અનોખો પ્રયોગ શરૂ કર્યો છે: ગૂગલના 'પ્રોજેક્ટ સનકેચર' (Project Suncatcher) હેઠળ અવકાશમાં તરતા ઉપગ્રહ પર ડેટા સેન્ટર કક્ષાની ટેન્સર પ્રોસેસિંગ યુનિટ (TPU) ચિપ ગોઠવવામાં આવી છે. ઓક્ટોબર ૨૦૨૬માં SpaceX Falcon 9 રોકેટ દ્વારા ૧૦૦થી વધુ અવકાશયાન સાથે આ પ્રોટોટાઇપ સેટેલાઇટ લોન્ચ કરવામાં આવ્યો હતો. ગૂગલના પેરાડાઇમ્સ ઓફ ઇન્ટેલિજન્સના સિનિયર ડિરેક્ટર ટ્રેવિસ બીલ્સના જણાવ્યા અનુસાર, ભ્રમણકક્ષામાં સ્થિત આ સેટેલાઇટમાંથી પ્રથમ AI સંદેશ સફળતાપૂર્વક મેળવાયો છે.

આ સેટેલાઇટ પર ગૂગલ ડીપમાઇન્ડ (Google DeepMind) નું ઓપન મોડેલ Gemma 4 પહેલેથી ઇન્સ્ટોલ કરેલું હતું. ગ્રાઉન્ડ સ્ટેશન પરથી એન્જિનિયરોએ તેને અવકાશમાં રહેવા અંગે એક જાપાની શૈલીની ટૂંકી કવિતા—હાઇકુ (haiku)—લખવાનો પ્રોમ્પ્ટ આપ્યો હતો. જ્યારે ઉપગ્રહ નોર્વેના સ્વાલબાર્ડ (Svalbard) પરથી પસાર થયો, ત્યારે ડાઉનલિંક દ્વારા પૃથ્વી પર સફળતાપૂર્વક આ કવિતા પહોંચી હતી: "Blue marble below / Data streams in silent grace / Starlight feeds my core." આ સફળતા સાથે જ ગૂગલના હાર્ડવેરે અંતરિક્ષમાં પ્રથમ 'હેલો વર્લ્ડ' સીમાચિહ્ન હાંસલ કર્યું છે.

અંતરિક્ષમાં AI ડેટા સેન્ટર શા માટે?

ગૂગલના સંશોધન અહેવાલ મુજબ, સૂર્ય આપણી સમગ્ર માનવજાતના કુલ વીજ ઉત્પાદન કરતાં ૧૦૦ ટ્રિલિયન ગણી વધુ ઊર્જા સતત ફેંકે છે. પૃથ્વીની યોગ્ય ભ્રમણકક્ષામાં મૂકવામાં આવેલી સોલાર પેનલ પૃથ્વી કરતાં ૮ ગણી વધુ વીજળી ઉત્પન્ન કરી શકે છે. ખાસ કરીને 'ડોન-ડસ્ક સન-સિન્ક્રોનસ' (dawn–dusk sun-synchronous) લો અર્થ ઓર્બિટમાં ઉપગ્રહ લગભગ સતત સૂર્યપ્રકાશમાં રહે છે, જેથી ભારે બેટરીઓની જરૂરિયાત ઘટી જાય છે. પૃથ્વીના કુદરતી સંસાધનો પર દબાણ ઘટાડવા અને અસીમિત સૌર ઊર્જાનો ઉપયોગ કરવા માટે ભવિષ્યમાં અંતરિક્ષ એ AI કમ્પ્યુટિંગનું સૌથી મોટું કેન્દ્ર બની શકે છે.

પરંતુ અંતરિક્ષમાં સુપરકમ્પ્યુટર મોકલવું સરળ નથી. હાલમાં મોકલાયેલા પ્રોટોટાઇપ સેટેલાઇટમાં ચાર ગૂગલ TPU ચિપ્સ રાખવામાં આવી છે અને તે ૧ કિલોવોટ (kW) જેટલી મહત્તમ વીજળી ઉત્પન્ન કરે છે. આ ચિપ એટલી વધુ શક્તિ વાપરે છે કે એક સમયે માત્ર એક જ TPU લગભગ ૨૦ મિનિટ માટે ચલાવી શકાય છે. આ ૨૦ મિનિટના ગાળામાં જ ગ્રાઉન્ડ સ્ટેશન સાથે સંપર્ક સાધીને ડેટા પ્રોસેસ કરવો પડે છે.

ચિપની બનાવટ અને રેડિયેશનની કસોટી

પ્રોસેસર તરીકે વપરાયેલું ટેન્સર પ્રોસેસિંગ યુનિટ (TPU) એ ગૂગલ દ્વારા ખાસ ન્યુરલ નેટવર્ક મશીન લર્નિંગ માટે વિકસાવવામાં આવેલું એએસઆઇસી (ASIC: ચોક્કસ કામગીરી માટે સમર્પિત ચિપ) છે. પૃથ્વી પર મોટા ભાગના કમ્પ્યુટરમાં ગ્રાફિક્સ પ્રોસેસિંગ યુનિટ (GPU) વપરાય છે, પરંતુ TPU ખાસ કરીને મેટ્રિક્સ ગણતરીઓ માટે ઓછા પાવરે વધુ ઝડપ આપવા સક્ષમ છે. જોકે અંતરિક્ષમાં આ ચિપ્સ સામે રેડિયેશન (કિરણોત્સર્ગ) અને તાપમાનનો મોટો પડકાર હોય છે.

અંતરિક્ષમાં ચાર્જ્ડ કણો મેમરીમાં સંગ્રહાયેલ મૂલ્ય બદલી શકે છે, જેને કમ્પ્યુટર વિજ્ઞાનમાં 'બિટ ફ્લિપ' (bit flip) કહેવાય છે. આનાથી ડેટા બગડી જાય છે. ગૂગલે પૃથ્વી પર પોતાની Trillium (v6e) TPU ચિપને ૬૭ MeV ના પ્રોટોન બીમ સામે રાખીને પરીક્ષણ કર્યું હતું. આ પરીક્ષણમાં હાઇ બેન્ડવિડ્થ મેમરી (HBM) સબસિસ્ટમ સૌથી નાજુક સાબિત થઈ હતી, પરંતુ તેણે પણ ૨ krad(Si) ની સંચિત માત્રા પછી જ અસામાન્ય વર્તન દર્શાવ્યું હતું. પાંચ વર્ષના મિશન દરમિયાન અપેક્ષિત ૭૫૦ rad(Si) કરતાં આ ક્ષમતા લગભગ ત્રણ ગણી વધુ છે. ૧૫ krad(Si) સુધી કોઈ મોટો હાર્ડવેર ફોલ્ટ નોંધાયો નહોતો, જે દર્શાવે છે કે આ ચિપ્સ અંતરિક્ષના વાતાવરણને સહન કરી શકે છે.

નજીક ઊડતા ઉપગ્રહો અને લેસર લિંક

ગૂગલની આ યોજના માત્ર એક જ સેટેલાઇટ પૂરતી મર્યાદિત નથી. મોડેલ ટ્રેનિંગ અને મોટા ઇન્ફરન્સ (inference: મોડેલ દ્વારા અનુમાન કરવાની પ્રક્રિયા) માટે સેંકડો ઉપગ્રહોને એકબીજા સાથે જોડવા પડે. પૃથ્વી પરના ડેટા સેન્ટર જેવી ઝડપ મેળવવા માટે ઉપગ્રહો વચ્ચે ટેરાબિટ્સ પ્રતિ સેકન્ડ (Tbps) ની ઝડપે ડેટા ટ્રાન્સફર થવો અનિવાર્ય છે. ગૂગલના વૈજ્ઞાનિકોએ ઓપ્ટિકલ લિંક્સ (optical links: લેસર કિરણો દ્વારા સંદેશાવ્યવહાર) નો ઉપયોગ કરવાનું આયોજન કર્યું છે.

સિગ્નલ પાવર અંતરના વર્ગના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં ઘટે છે, તેથી ઉપગ્રહો વચ્ચે મોટું અંતર રાખી શકાતું નથી. ગૂગલે જે ડિઝાઇન તૈયાર કરી છે તેમાં ૮૧ ઉપગ્રહોનું એક જૂથ માત્ર ૧ કિલોમીટરની ત્રિજ્યામાં, એટલે કે એકબીજાથી માત્ર ૧૦૦ થી ૨૦૦ મીટરના અંતરે રહીને પૃથ્વીની આસપાસ ૬૫૦ કિમીની ઊંચાઈએ પરિભ્રમણ કરશે. ગૂગલે બેન્ચ સ્કેલ પ્રયોગમાં સિંગલ ટ્રાન્સિવર જોડી દ્વારા બંને તરફ ૮૦૦ Gbps (કુલ ૧.૬ Tbps) ની ટ્રાન્સમિશન ઝડપ ચકાસી લીધી છે.

આગામી સીમાચિહ્નો અને આર્થિક સમીકરણો

પ્રોજેક્ટ સનકેચરનો હવે પછીનો મોટો પડાવ ૨૦૨૭માં આવશે. ગૂગલે પ્લેનેટ (Planet) કંપની સાથે ભાગીદારી કરી છે, જેના અંતર્ગત ૨૦૨૭ની શરૂઆતમાં બે પ્રોટોટાઇપ ઉપગ્રહો લોન્ચ કરવામાં આવશે. આ જોડિયા ઉપગ્રહો ભ્રમણકક્ષામાં રહીને લેસર દ્વારા એકબીજા સાથે સંકલન સાધી મશીન લર્નિંગના કાર્યો વહેંચીને પૂર્ણ કરશે.

અંતરિક્ષમાં ડેટા સેન્ટર ઊભા કરવા માટે લોન્ચિંગ ખર્ચ સૌથી મોટો અવરોધ રહ્યો છે. ગૂગલના સંશોધકોના મતે, ૨૦૩૦ના દાયકાના મધ્ય સુધીમાં રોકેટ લોન્ચિંગનો ખર્ચ ઘટીને $૨૦૦ પ્રતિ કિલોગ્રામથી નીચે આવી શકે છે. જો આવું થાય, તો અંતરિક્ષમાં ડેટા સેન્ટર સ્થાપવાનો અને ચલાવવાનો ખર્ચ પૃથ્વી પરના ડેટા સેન્ટરના વાર્ષિક ઊર્જા ખર્ચની બરાબર થઈ જશે. જોકે આ માટે SpaceX ના નિર્માણાધીન Starship જેવા સંપૂર્ણ પુનઃઉપયોગી રોકેટની જરૂર પડશે, જેને આ ખર્ચ સ્તરે પહોંચવા માટે અંદાજે ૧,૮૦૦ વખત ઉડાન ભરવી પડી શકે છે.

અવકાશમાં મોકલાયેલા સેટેલાઇટે માત્ર કવિતાઓ જ નથી રચી, પરંતુ ભ્રમણકક્ષાની સ્થિતિ અને ટેલિમેટ્રી ડેટા પણ સફળતાપૂર્વક મોકલ્યો છે. ભવિષ્યમાં થર્મલ મેનેજમેન્ટ (ગરમીનો નિકાલ) અને પૃથ્વી સાથે હાઇ-બેન્ડવિડ્થ સંચાર જેવા પડકારો પાર કરવા પડશે, પરંતુ આ પ્રયોગે સાબિત કર્યું છે કે AI માટે પૃથ્વીની સીમાઓ હવે અનિવાર્ય રહી નથી.