Ile kosztuje przyszłość? Centra danych na Ziemi i w kosmosie

Pomysł budowania centrów danych w przestrzeni kosmicznej łatwo uznać za kosztowną fantazję epoki sztucznej inteligencji. Rakiety są drogie, elektronikę na orbicie trudno naprawiać, a odprowadzanie ciepła w próżni może okazać się poważniejszym problemem, niż podpowiada intuicja. Zmienia się jednak również druga strona rachunku. Ziemskie centra danych potrzebują coraz więcej energii, nowych przyłączy, powierzchni i infrastruktury. Nie chodzi więc o to, czy kosmos jest drogi. Oczywiście, że jest. Chodzi o to jak drogi musiałby stać się rozwój infrastruktury na Ziemi aby rachunek zaczął wyglądać inaczej.

Zaczynamy na Ziemi

Zanim wyślemy centrum danych w kosmos, warto zapytać, dlaczego mielibyśmy w ogóle próbować. Ziemskie centra danych działają, technologia ich budowy jest dojrzała, a otaczająca je infrastruktura rozwijała się przez dziesięciolecia. Można doprowadzić do nich energię i światłowód, zatrudnić ludzi, wymienić uszkodzony serwer, zainstalować nową generację procesorów i rozbudować obiekt, gdy pojawi się dodatkowy popyt.

Problem coraz częściej nie polega jednak na dostępności komputerów, lecz na dostarczeniu im wszystkiego, czego potrzebują do pracy. Wielkie centrum danych wymaga energii, przyłączenia do sieci, chłodzenia, ziemi, telekomunikacji, transformatorów i pozwoleń. Wraz z rozwojem sztucznej inteligencji obiekty te coraz bardziej przypominają wielkie zakłady przemysłowe.

Międzynarodowa Agencja Energetyczna szacowała zużycie energii elektrycznej przez centra danych w 2025 roku na około 485 TWh, a w scenariuszu bazowym przewidywała wzrost w okolice 950 TWh do końca dekady. Istotna jest jednak nie tylko ilość energii. Centrum danych potrzebuje ogromnej mocy w określonym miejscu, przez całą dobę i z bardzo wysoką niezawodnością. Można posiadać pieniądze, procesory, klientów i ziemię, a mimo to nie mieć dostępu do odpowiedniej mocy. System energetyczny rozwija się bowiem wolniej niż przemysł komputerowy. Nowa generacja układów może pojawić się po kilku latach, podczas gdy elektrownie, linie przesyłowe i wielkie przyłącza wymagają znacznie więcej czasu. Czas staje się więc częścią kosztu. Kapitał zamrożony w projekcie czekającym kilka lat na przyłączenie nie jest darmowy.

Nie oznacza to, że Ziemia przestaje być dobrym miejscem dla centrów danych. Przeciwnie, najbardziej prawdopodobną odpowiedzią na wzrost zapotrzebowania pozostaje budowa nowych elektrowni, sieci, magazynów energii i systemów chłodzenia. Centra danych będą również powstawały tam, gdzie energia, ziemia i infrastruktura są łatwiej dostępne. Wzrost wydajności procesorów nie musi przy tym zmniejszyć całkowitego zużycia energii. Tańsze obliczenia tworzą zastosowania, które wcześniej były zbyt kosztowne. Jeżeli koszt wykonania określonego zadania spadnie dziesięciokrotnie, gospodarka nie musi wykonywać tej samej liczby obliczeń za jedną dziesiątą dotychczasowej ceny. Może zacząć wykonywać ich wielokrotnie więcej.

Dlaczego kosmos?

Najbardziej oczywistą zaletą przestrzeni kosmicznej jest dostęp do energii słonecznej. W odpowiednio dobranej konfiguracji może być on długi i przewidywalny. Nie ma chmur ani lokalnego ograniczenia wynikającego z przepustowości ziemskiej sieci energetycznej. Źródło energii i urządzenia obliczeniowe można przynajmniej teoretycznie połączyć w jeden system. Nie oznacza to jednak darmowej energii. Panele trzeba wyprodukować, wynieść na orbitę, rozłożyć i utrzymać. Potrzebne są konstrukcje, elektronika i urządzenia zarządzające zasilaniem. Jeszcze większym problemem może okazać się chłodzenie.

Kosmos jest zimny, ale próżnia bardzo utrudnia odprowadzanie ciepła. Nie ma powietrza ani wody, które mogłyby je odebrać. Pozostaje promieniowanie, a to wymaga dużych radiatorów. Przestrzeń kosmiczna może więc ułatwiać pozyskiwanie energii, a jednocześnie utrudniać pozbywanie się jej po wykorzystaniu przez procesory. Do tego dochodzi transport. Każdy kilogram procesorów, paneli, radiatorów, konstrukcji i urządzeń komunikacyjnych trzeba wynieść z Ziemi. Cena startu nie jest więc dodatkiem do kosztu orbitalnego centrum danych. Jest jednym z podstawowych elementów jego ekonomiki.

Nie każde centrum danych musi jednak wykonywać tę samą pracę. Błędem byłoby wyobrażanie sobie rozwiązania orbitalnego jako ziemskiej hali pełnej serwerów, którą z niewiadomych powodów umieszczono kilkaset kilometrów nad naszymi głowami.

Dane, które już są w kosmosie

Najbardziej naturalnym zastosowaniem obliczeń orbitalnych są dane, które już powstają poza Ziemią. Satelity obserwują pogodę, oceany, pola uprawne, pożary, infrastrukturę i ruch statków. Zwykle dane są zbierane na orbicie, przesyłane na Ziemię i dopiero tutaj przetwarzane. Użytkownik często nie potrzebuje jednak całego zbioru. Potrzebuje informacji. Jeżeli satelita obserwuje las w poszukiwaniu pożaru, klient nie musi otrzymać tysięcy zdjęć. Potrzebuje informacji, że w określonym miejscu pojawiło się źródło ognia, oraz obrazu pozwalającego ocenić sytuację. Jeżeli analiza zostanie wykonana na orbicie, na Ziemię można przesłać wynik zamiast całego materiału.

Wtedy rachunek się zmienia. Nie porównujemy już jedynie ceny procesora na orbicie z ceną procesora na Ziemi. Trzeba uwzględnić również koszt przesyłania danych, opóźnienie i wartość czasu. Podobna zasada może dotyczyć całych konstelacji. W miarę wzrostu liczby urządzeń na orbicie będzie rosło zapotrzebowanie na lokalne przechowywanie informacji, łączenie danych z wielu źródeł i autonomiczne podejmowanie decyzji. Pierwszym klientem orbitalnej infrastruktury obliczeniowej może więc nie być człowiek siedzący przed komputerem na Ziemi, lecz inne urządzenie znajdujące się w kosmosie.

Im dalej działalność gospodarcza będzie wychodziła poza bezpośrednie otoczenie Ziemi, tym ważniejsza stanie się lokalna moc obliczeniowa. Infrastruktura księżycowa nie może w nieskończoność traktować ziemskich centrów danych jak lokalnego zaplecza. Przy dalszych misjach samo opóźnienie komunikacji wymusza coraz większą autonomię.

Dopiero później może pojawić się znacznie ambitniejszy rynek - wielkie orbitalne zespoły komputerów wykonujące pracę dla klientów na Ziemi. Tutaj wymagania ekonomiczne będą znacznie wyższe. Dane powstają na Ziemi, wynik zazwyczaj również jest tutaj potrzebny, a kosmos musi uzasadnić wszystkie dodatkowe koszty. Nowe technologie rzadko zaczynają od konkurowania z istniejącym rozwiązaniem tam, gdzie jest ono najsilniejsze. Zwykle najpierw znajdują niewielki rynek, na którym ich szczególne właściwości rekompensują wysoką cenę i niedoskonałość.

Nie wystarczy, że coś jest możliwe

Nie potrafimy dzisiaj umieścić na orbicie odpowiednika wielkiego ziemskiego centrum danych i eksploatować go przez lata po kosztach konkurencyjnych wobec najlepszych obiektów na ziemi. Nie oznacza to jednak, że potrzebujemy jednego przełomowego wynalazku. Problem składa się z wielu części, transportu, energii, odprowadzania ciepła, odporności na promieniowanie, komunikacji, trwałości sprzętu i jego serwisowania. Każdą z tych rzeczy potrafimy w pewnym zakresie robić. Nie wiemy natomiast, czy potrafimy połączyć je w system odpowiednio duży, niezawodny i tani.

To rozróżnienie jest zasadnicze. Techniczna wykonalność i gospodarcza opłacalność są dwiema różnymi rzeczami. Człowiek stanął na Księżycu ponad pół wieku temu, ale nie oznaczało to, że opłaca się uruchomić regularne połączenie pasażerskie pomiędzy Ziemią a Księżycem. Inżynier odpowiada na pytanie, czy coś można zrobić. Przedsiębiorca musi jeszcze ustalić, czy warto przeznaczyć na to kapitał, pracę i czas.

Orbitalne centrum danych konkuruje nie z hipotetyczną technologią przyszłości, lecz z dojrzałym przemysłem ziemskim. Na Ziemi uszkodzony serwer można wymienić, a nową generację procesorów zainstalować bez wysyłania rakiety. Szczególnie ważny może więc okazać się problem starzenia sprzętu. System zaprojektowany na dziesięć lat działania brzmi rozsądnie w przypadku wielu rodzajów infrastruktury. W świecie procesorów dziesięć lat to bardzo długo. Urządzenie może pozostać technicznie sprawne, a mimo to stać się gospodarczo przestarzałe. Dlatego infrastruktura orbitalna musiałaby zapewne być modułowa. Nie wystarczy nauczyć się wysyłać komputery w kosmos. Trzeba nauczyć się je wymieniać, naprawiać i modernizować. To z kolei tworzy zapotrzebowanie na robotykę, autonomiczne dokowanie i serwisowanie.

I tutaj pojawia się ciekawa właściwość całego przedsięwzięcia. Nawet jeżeli wielkie kosmiczne centra danych nigdy nie staną się konkurencją dla ziemskich, technologie rozwijane podczas prób ich budowy mogą znaleźć zastosowanie gdzie indziej. Nie oznacza to jednak, że każda ambitna próba zasługuje na finansowanie. Kapitał, czas i praca inżynierów są ograniczone. Ambicja nie znosi kosztu alternatywnego.

Co musi stanieć?

W pewnym momencie rozmowa o technologii musi ustąpić rozmowie o cenie. Nie istnieje jedna granica, po której przekroczeniu orbitalne centrum danych nagle staje się opłacalne. Różni klienci kupują różne rzeczy. Jeżeli wykonanie tego samego zadania na orbicie kosztuje dziesięć razy więcej niż na Ziemi, zwykły klient zapewne pozostanie przy rozwiązaniu ziemskim. Jeżeli jednak obliczenie wykonane w kosmosie pozwala uniknąć przesyłania ogromnych ilości danych albo skraca czas reakcji w zastosowaniu, w którym każda minuta ma wartość, klient może zaakceptować wyższą cenę.

Dlatego sam spadek kosztu startów nie rozwiąże problemu. Liczą się jednocześnie masa infrastruktury, sprawność procesorów, wielkość radiatorów, trwałość urządzeń, komunikacja, koszt kapitału i cena ziemskiej energii. Co więcej, konkurują ze sobą dwie zmieniające się gospodarki. Kosmos może tanieć, ale Ziemia również nie stoi w miejscu. Powstają nowe źródła energii, wydajniejsze procesory i lepsze systemy chłodzenia. Z drugiej strony rosnąć mogą koszty przyłączeń, gruntów i oczekiwania na rozbudowę sieci.

Najciekawszy moment następuje jednak wtedy, gdy przestajemy wymagać, aby kosmos był po prostu tańszy od Ziemi. Klient nie kupuje przecież jednostki mocy obliczeniowej. Kupuje rozwiązanie problemu. Pierwsze orbitalne centra danych nie muszą więc osiągnąć kosztu porównywalnego z ziemskimi. Muszą znaleźć klienta, dla którego szczególne właściwości orbity są warte dodatkowej ceny. Dla zwykłego użytkownika usług internetowych taka wartość może być bliska zeru. Dla operatora satelitów, infrastruktury obronnej albo przyszłej bazy księżycowej może być znaczna.

Najgorszym pierwszym klientem byłby ktoś, kto chce dokładnie tego samego, co oferują ziemskie centra danych, tylko taniej. Znacznie lepszym jest ktoś posiadający kosztowny problem, którego istniejąca infrastruktura nie potrafi dobrze rozwiązać. Jeżeli taki klient się pojawi i będzie regularnie płacił za obliczenia wykonywane na orbicie, wydarzy się coś ważniejszego niż kolejna demonstracja techniczna. Powstanie rynek.

Rynek jako narzędzie odkrywania

Nie wiemy, czy wielkie centra danych w kosmosie kiedykolwiek będą miały gospodarczy sens. Możemy szacować koszty, przewidywać sprawność przyszłych procesorów i modelować ceny transportu. Nie znamy jednak wszystkich technologii, cen i zastosowań, które będą istniały za dziesięć czy dwadzieścia lat.

Część wiedzy potrzebnej do podjęcia właściwej decyzji jeszcze nie istnieje. Dlatego innowacja jest procesem odkrywania. Jeden przedsiębiorca uzna, że przyszłością są wielkie orbitalne zespoły komputerów. Drugi postawi na małe urządzenia analizujące dane satelitarne. Trzeci będzie produkował radiatory, czwarty łącza optyczne, a piąty uzna, że lepiej budować ziemskie centra danych obok nowych elektrowni.

Nie trzeba rozstrzygać z góry, który z nich ma rację. Jeżeli ryzykują własnym kapitałem i szukają klientów, odpowiedzi stopniowo ujawniają się w cenach, zyskach i stratach. Cena mówi bowiem coś, czego nie potrafi powiedzieć sama technologia. Inżynier może obliczyć, ile energii potrzebuje procesor. Nie może na tej podstawie ustalić, ile warta jest dla klienta informacja uzyskana dzięki temu procesorowi. Dowiadujemy się tego dopiero wtedy, gdy ktoś musi zdecydować, czy chce za nią zapłacić.

Podobną funkcję pełni strata. Informuje, że przy istniejących cenach zasoby wykorzystane w określony sposób nie stworzyły wartości wystarczającej do pokrycia kosztów. Bez możliwości poniesienia straty eksperyment gospodarczy traci mechanizm pozwalający odróżnić rozwiązanie wartościowe od takiego, które jedynie dobrze wygląda na papierze. W gospodarce kosmicznej ma to szczególne znaczenie. Projekty kosmiczne łatwo przyciągają wyobraźnię, kapitał i zainteresowanie polityczne. Można łączyć je z bezpieczeństwem, sztuczną inteligencją, prestiżem państwa i budową nowej gałęzi przemysłu. Każdy z tych argumentów może mieć znaczenie. Żaden nie zastąpi jednak klienta. Technologia określa, co można zrobić. Rynek pomaga odkryć, co warto robić.

Dobra technologia nie musi być dobrą inwestycją

Dla inwestora pozostaje jeszcze jedno rozróżnienie. Technologia może odnieść ogromny sukces, a akcjonariusz może na niej stracić. Załóżmy, że najbardziej ambitny scenariusz rzeczywiście się spełni. Transport na orbitę stanieje, komunikacja laserowa osiągnie potrzebną przepustowość, powstaną lekkie radiatory i autonomiczne systemy serwisowania, a część wielkich obliczeń rzeczywiście opuści Ziemię.

Nadal nie będzie z tego wynikało, że każda dzisiejsza spółka związana z tym rynkiem okaże się dobrą inwestycją. To jeden z najczęstszych błędów popełnianych podczas wielkich zmian technologicznych. Inwestor prawidłowo dostrzega przyszłość branży, a następnie błędnie zakłada, że wystarczy kupić przedsiębiorstwo, które w niej uczestniczy. Tymczasem trzeba jeszcze wiedzieć, które firmy przetrwają, jaka część tworzonej wartości przypadnie ich właścicielom, ile kapitału będą musiały pozyskać i ile przyszłego sukcesu zostało już uwzględnione w cenie akcji. Można mieć rację co do przyszłości i jednocześnie zapłacić za nią zbyt wysoką cenę.

Gdzie szukać wartości?

Kosmos nie jest jednym rynkiem. Jest miejscem, w którym powstaje wiele rynków o odmiennej ekonomice. Wszystko, co ma działać na orbicie, trzeba najpierw tam dostarczyć. Transport może więc korzystać na rozwoju telekomunikacji, obserwacji Ziemi, obronności, badań naukowych i infrastruktury obliczeniowej. Nie oznacza to jednak, że operatorzy rakiet muszą osiągać wysokie zyski. Jeżeli konkurencja doprowadzi do gwałtownego spadku cen startów, będzie to znakomita wiadomość dla całej gospodarki kosmicznej, ale niekoniecznie dla przedsiębiorstw świadczących usługi transportowe. Podobnie należy patrzeć na producentów satelitów, systemów zasilania, urządzeń komunikacyjnych, radiatorów, robotów i elektroniki odpornej na promieniowanie. W każdym przypadku trzeba zadać dwa pytania, czy popyt będzie rósł oraz jak łatwo konkurenci mogą zwiększyć podaż.

Najciekawsze miejsce w łańcuchu wartości może znajdować się tam, gdzie rosnący popyt spotyka się z zasobem albo umiejętnością trudną do skopiowania. Jeszcze bardziej interesujące mogą być przedsiębiorstwa, które korzystają z rozwoju gospodarki kosmicznej, lecz nie potrzebują spełnienia jej najbardziej ambitnych obietnic. Producent procesorów może sprzedawać je ziemskim centrom danych, traktując kosmos jako dodatkowy rynek. Podobnie może być z optyką, materiałami, elektroniką zasilającą, robotyką czy oprogramowaniem autonomicznym.

Dla inwestora ma to szczególną wartość, ponieważ pozwala uczestniczyć w kilku możliwych scenariuszach jednocześnie. Przy analizie przedsiębiorstwa związanego z gospodarką kosmiczną warto więc wykonać proste ćwiczenie, założyć, że najbardziej ambitna wizja się nie spełni, i sprawdzić, co pozostanie. Jeżeli orbitalne centra danych pozostaną niewielkim rynkiem, czy firma nadal będzie miała klientów? Jeżeli misji księżycowych będzie mniej, czy jej technologia znajdzie inne zastosowanie? Jeżeli ceny startów gwałtownie spadną, czy operator rakiet nadal będzie zarabiał? Jeżeli największe przedsiębiorstwa technologiczne zbudują własną infrastrukturę orbitalną, czy dostawca komponentów nadal będzie miał im coś wartościowego do sprzedania?

Im więcej rozsądnych odpowiedzi, tym mniej inwestycja zależy od jednej prognozy. Kosmos może stać się jedną z wielkich historii gospodarczych następnych dziesięcioleci. Jeżeli tak będzie, powstanie cały przemysł dostarczający transport, energię, procesory, komunikację, robotykę i usługi. Niektóre przedsiębiorstwa odniosą sukces. Inne zużyją ogromny kapitał i znikną. Jeszcze inne stworzą znakomitą technologię, nie zapewniając dobrych wyników swoim akcjonariuszom. Nie trzeba dzisiaj wiedzieć, które będą które. Trzeba natomiast pamiętać, że przyszłość może być warta fortunę, a mimo to można za nią przepłacić.