Orbital Super-Computing의 필요성에 대해.

Jan 12 2023

클라우드는… 우주 공간에 있어야 합니다. 이것은 다음과 같은 방법으로 우리의 컴퓨팅 및 슈퍼 컴퓨팅 능력의 대부분을 우주 공간으로 가져가는 매우 짧은 글이어야 합니다. 컴퓨팅으로 생성된 총 열 일부 추정에 따르면 2021년 세계의 총 컴퓨팅 용량 대략 수백 엑사플롭(1 엑사플롭 = 초당 10¹⁸ 부동 소수점 연산)입니다.

클라우드는… 우주 공간에 있어야 합니다.

이것은 다음과 같은 방법으로 우리의 컴퓨팅 및 슈퍼 컴퓨팅 능력의 대부분을 우주 공간으로 가져가는 경우를 만드는 매우 짧은 글이어야 합니다.

치명적인 CPU 관련 열 방출로 인해 발생하는 지구 온난화에 대한 기여를 최소화합니다.
계산 비용을 줄입니다.

Mark Garlick/Getty Images의 SpaceX Starlink 위성 렌더링

컴퓨팅에서 생성된 총 열

일부 추정에 따르면 2021년 세계의 총 컴퓨팅 용량은 수백 엑사플롭(1엑사플롭 = 초당 10¹⁸ 부동 소수점 연산) 수준입니다.

에너지 소비 및 열 생성과 관련하여 대략적인 추정치는 글로벌 데이터 센터만 약 200GW를 소비하고 약 450GW의 열을 생성하는 것입니다. 그러나 PC, 노트북, 서버 및 휴대폰과 같은 다른 장치도 에너지를 소비하고 열을 발생한다는 점에 유의해야 합니다.

450GW의 열만으로도 450개의 원자력 발전소의 출력과 맞먹습니다…

무어의 법칙

무어의 법칙 은 18개월마다 칩 또는 면적 단위당 트랜지스터 밀도/카운트의 배가를 추정/예측합니다.

트랜지스터 수 는 주어진 칩 또는 장치의 컴퓨팅 성능을 설정하는 데 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 병렬 컴퓨팅을 가능하게 하는 것은 대부분 이 숫자의 두 배이며 다른 구성 요소(주파수 및 효율성)에 이미 매우 근접한 실제 물리적 제약이 있다는 점을 감안할 때 소프트웨어 복잡성이 증가합니다.

PadovaTech의 CPU 웨이퍼 이미지

무어의 법칙의 기하급수적 의미는 비기하급수적 성장 프로필을 가진 자동차나 교통수단과 같은 다른 에너지 집약적 상품이나 서비스에는 적용되지 않는다는 점에 유의하십시오.

PPW: 와트당 성능

와트당 성능(PPW) 은 컴퓨팅 시스템의 에너지 효율성을 측정하는 데 사용되는 메트릭입니다. 이것은 시스템의 성능(일반적으로 FLOPS로 측정) 대 시스템의 전력 소비(일반적으로 와트로 측정)의 비율입니다. PPW의 단위는 일반적으로 FLOPS/W입니다.

점근적 CPU 효율성

일반적으로 PPW 값이 높을수록 더 적은 에너지를 소비하면서 더 많은 계산을 수행할 수 있기 때문에 시스템이 더 에너지 효율적임을 나타냅니다. 이 지표는 에너지 소비가 상당한 비용이 될 수 있고 에너지 효율적이고 강력한 컴퓨팅 시스템에 대한 수요가 계속 증가하는 HPC(고성능 컴퓨팅) 및 데이터 센터의 맥락에서 특히 중요합니다.

전반적으로 PPW 최적화의 목표는 최소한의 에너지 소비로 대부분의 계산 작업을 수행하는 것입니다. 이러한 기술 발전과 혁신은 컴퓨팅을 보다 에너지 효율적이고 지속 가능하게 만들기 위해 지속적으로 이루어집니다.

AI 및 ML

인공 지능과 기계 학습은 인간 정신의 가장 놀라운 기술 제품 중 하나입니다. 그들의 작동 원리는 매우 기본적이어서 우주 자체의 작동 회로의 일부가 될 수 있습니다. 그들의 가소성과 패턴 찾기 능력은 인간의 감각과 의사 결정의 모든 영역을 정복할 것을 약속하지만…

그들의 훈련과 사용은 매우 에너지 집약적인 과정입니다.

AI/ML의 채택은 기하급수적 이상의 다항식 프로파일을 갖는 것으로 보입니다. 아래의 LensaAI 앱 전 세계 다운로드 차트를 참조하십시오.

2022년 12월 첫째 주 모바일 사진 및 편집 앱 Lensa AI는 전 세계 사용자로부터 580만 건 이상의 다운로드를 기록했습니다. 인기 있는 사진 앱은 AI를 사용하여 사용자 입력 셀카 및 사진의 예술적인 렌더링을 생성합니다. 출처: 스태티스타

문제: 대기 경계 내에서 기하급수적인 전력 소비와 열 방출.

이제 4가지 기본 개념이 명확해졌으므로 미래 컴퓨팅 파워 요구 사항의 방정식에 이를 고려하기만 하면 됩니다.

지수 그래픽 * 다항식 AI 채택 / 점근적 전력 효율 = 폭주 지수 CPU 열 방출 및 에너지 수요.

Github에서 가져온 42년 간의 마이크로프로세서 추세 데이터

행성 에너지 예산

지구 온난화를 되돌리기 위한 시스템을 제시한 이전 기사에서 행성 에너지 예산 이 무엇인지 , 그 역학 및 태양열 발전이 지구의 열 부하에 기여하지 않는 이유를 설명했습니다. 이 개념을 이해하는 것은 이 부분과 기하급수적인 컴퓨팅 열 뒤에 숨은 위험을 이해하는 데 기본이 됩니다.

지구의 기후는 주로 행성의 에너지 예산, 들어오고 나가는 복사의 균형에 의해 결정됩니다. 그것은 위성에 의해 측정되고 W/m2로 표시됩니다. 불균형(또는 지구 온난화 비율, "순 흡수" 양으로 그림에 표시됨)은 +0.6 W/m2(2009)에서 2019년 +1.0 W/m2 이상으로 증가했습니다.

어쨌든 데이터 센터로 바다를 데우는 것이 지구 온난화에 좋지 않다는 것을 이해하기 위해 천재가 될 필요는 없습니다.

데이터 센터를 바다 밑에 두는 것은 지구 온난화에 기여하고 싶지 않은 사람이 할 수 있는 최악의 일 중 하나입니다. 해양은 지구 온도를 조절하는 지구의 열 완충 장치입니다.

솔루션: 궤도 슈퍼 컴퓨팅

그렇다면 우리가 이 엄청난 양의 열을 우주(우리 대기 밖으로)로 외부화하지 않는 한 행성을 빠르게 과열시킬 것이 분명합니다.

따라서... 끊임없이 증가하는 컴퓨팅 요구 사항에 대한 솔루션은 두 가지뿐입니다.

계산을 분위기에서 벗어나십시오.
(열 및 에너지 수요 외부화)
태양열 또는 기타 재생 가능 에너지로만 컴퓨팅 시스템에 전원을 공급하십시오.
(이미 지구 에너지 예산의 일부인 에너지 사용)

전자의 경우 Elon Musk와 Space X 및 나머지 상용 발사 회사가 훌륭한 작업을 수행하고 있습니다.

나중에 저는 Space의 진공 상태에서 컴퓨팅 하드웨어를 냉각시키는 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있는 혁신을 (곧) 발표할 것입니다. 또한 컴퓨팅에 사용되는 전력 생산에서 방출되는 모든 열은 대부분 이 분석에서 제외되었습니다.