軌道上データセンターの建設は本当にどれほど難しいのか？ArsがSpaceXの数兆ドル規模の衛星コンステレーションを徹底検証
注目画像： 巨大な太陽電池パネルと放熱パネルを備えたSpaceX AI1衛星のコンセプトアート；クレジット：SpaceX
SpaceXは、将来の価値の大部分を軌道上データセンターに託している。ロケットではない。宇宙船ではない。同社は、1億2000万ギガワットの電力を生成し、数千万から最大1億基の最先端GPUを駆動できる100万基の衛星からなるコンステレーションの打ち上げと維持を構想している。
しかし、実際にはどれほど難しいのだろうか？
Ars Technicaの宇宙担当上級編集者Eric Bergerは、7月15日に公開された3部構成シリーズの第2弾で、試算を行った。簡潔に言えば、多くのことが正しく機能する必要がある。価格帯は、最も楽観的なケースで1.45兆ドル、最も悲観的なケースで9.8兆ドルに及ぶ。これは、放射線障害、放熱器効率、衛星間レイテンシーが大規模に十分テストされる前の数字である。
「このテーマは、この技術の短期的な実現可能性について、実現性の観点からも、SpaceXが上場企業となった今、単なる誇大広告なのかどうかという観点からも、幅広い議論を巻き起こしている」とBergerは記している。
AI1衛星
6月、Elon MuskとSpaceXの衛星工学責任者Ian Dahlは、プロモーションビデオの中で、AI1衛星と呼ばれる同社初の軌道上データセンター設計の詳細を公開した。各衛星には約600平方メートル（バスケットボールコートの1.5倍）の太陽電池パネルが搭載され、150キロワットのピーク電力と120キロワットのコンピューティング電力を生成する。
「存在しない魔法が必要なわけではない」とMuskはビデオで述べている。「この技術の多くは、Starlink V3衛星用にすでに開発したものだ。基本的に、これはそれほど難しい問題ではないと考えている。」
Iridium Communicationsの最高経営責任者Matt Deschは、業界のベテランであり、今年初めの決算説明会でこの構想について質問を受けた際、より慎重な姿勢を示した。
「現在、Starlinkの発表などもあり、非常にホットな議論の分野となっている」とDeschは述べた。「宇宙で解決可能な問題のように見える…（しかし）克服すべき膨大な技術的課題がある。」
試算：1日あたり10～42回の打ち上げ
Arsは、Starshipのペイロード容量、AI1衛星の質量、打ち上げコストに基づいて3つのシナリオを構築した。
| シナリオ | Starshipペイロード | 衛星質量 | 打ち上げコスト | 打ち上げあたり衛星数 | 総打ち上げ回数 | 年間打ち上げ回数 |
|—|—|—|—|—|—|—|
| 楽観的 | 200 t | 3.5 t | 2000万ドル | 57 | 17,500 | 3,500 |
| 中立的 | 150 t | 5.5 t | 5000万ドル | 27 | 37,000 | 7,400 |
| 悲観的 | 100 t | 7.5 t | 1億ドル | 13 | 77,000 | 15,300 |
楽観的なシナリオでも、毎日10回の打ち上げが必要となる。悲観的なシナリオでは、1日42回の打ち上げが必要だ。比較として、全世界では昨年329回の軌道打ち上げが試みられ、そのうちSpaceXは170回を実施した。
100万基の衛星を製造するコストも膨大になる。Quilty Spaceは、Starlink V3衛星のコストを1基あたり約100万ドルと見積もっている。AI1衛星は、より大型の太陽電池パネルとハイエンドGPUにより、さらに高価になる。地上システムに1000億ドルを加えると、総費用の見積もりは以下の通り：
- 楽観的： 1.45兆ドル（打ち上げ3500億ドル、衛星1基100万ドル）
- 中立的： 3.45兆ドル（打ち上げ1.85兆ドル、衛星1基150万ドル）
- 悲観的： 9.8兆ドル（打ち上げ7.7兆ドル、衛星1基200万ドル）
放射線：管理可能だが、大規模では未実証
SpaceXは、5年以上にわたって数千基のStarlink衛星を運用してきた経験から、多くのコンピューティング部品がかなり耐放射線性に優れていることを学んでいる。Starlinkのアビオニクスに携わった物理学者Sam Waldmanは、電源はより脆弱だが、既知の緩和技術が存在すると述べている。
Muskは、SpaceXがまずNvidia Rubinチップを使用し、その後自社開発する計画だと述べている。新興企業StarcloudはすでにNvidia H100 GPUを軌道上でテストし、適度なシールドで良好に動作することを確認している。「寿命は地上と同じで、さらに長くなる可能性もある」とStarcloudのCEO Philip Johnstonは述べた。
Googleが軌道上でV6e Trillium TPUコンピュートトレイを用いた実験では、電離放射線が経時的にデバイス障害を引き起こす可能性があるものの、チップは宇宙で約5年間は確実に動作するはずだという結果が得られている。これはSpaceXが計画する5～7年の衛星寿命と一致する。
熱：最大の工学的課題
真空中で廃熱を放出することは、間違いなく最も困難な問題である。地上では冷却に対流に依存するが、宇宙では熱放射のみが機能する。国際宇宙ステーションの6基のアンモニア冷却式放熱器は、合計6トンの重量で、わずか70キロワットの熱しか放出しない。
Starcloudはある解決策に賭けている。エンジニアリングチームの3分の2は、低コストで低質量の展開式放熱器の開発に注力している。同社の次期ミッションStarcloud-2は、450キログラムの衛星で8キロワットの発電能力を持ち、10月に打ち上げ予定であり、このアプローチが拡張可能かどうかを実証する。
「ISSの放熱器は高価で重い」とJohnstonは述べた。「私たちはそれを安く軽くすることに集中している。」
レイテンシー：状況による
衛星間のレイテンシーは、高速GPU相互接続に依存する大規模AIトレーニングを損なう可能性がある。地上でのラック間レイテンシーはマイクロ秒単位で測定される。しかし、特に推論のような他のワークロードはレイテンシーにそれほど敏感ではなく、分散型コンステレーションにうまく適応する可能性がある。
重要な問題は、ワークロードがどの程度「分割可能」か、そしてその分割が1つの衛星の能力に収まるかどうかである。Bergerは次のように結論付けている。「特定の種類のワークロードに適さない可能性があるという速度の壁ではあるが、アイデア全体を頓挫させるような障害ではない。」
結論
「宇宙にデータセンターを建設するための真の基本的な障壁はなく、解決すべき非常に深刻な技術的問題がいくつかあるだけだ」とBergerは記している。「前例のない大型打ち上げ能力が必要だ。再利用可能かつ迅速な打ち上げが必要だ。人類がこれまでに建造した最大の衛星を製造し、単一のコンステレーションのためにその100倍もの数を建造する能力が必要だ。放射線がチップに与える影響が管理可能であり、放射冷却が拡張可能であることを期待しなければならない。」
1ban.newsが以前の報道で取り上げたように、軌道上データセンター競争は、Orbital社による10万基の衛星のFCC計画から、展開を遅らせる可能性のある環境問題に至るまで、多くの新興企業や申請を引き寄せている。Arsの分析は、この議論に具体的な数字を加えている。物理学はよく理解されているが、経済性は、打ち上げ頻度と衛星製造において、これまで達成されたことのない革命を必要としている。
「そして、数兆ドルも必要だ」とBergerは指摘した。
雅子 訳
1ban.news用下書き – 宇宙デスク