Weltraumgestützte KI: Die nächste Grenze für Cloud-Skalierung

Warum die KI-Infrastruktur in den Orbit wandert

Mit dem Boom der KI sind mehrere Lieferengpässe entstanden. Der erste betraf GPUs, deren spezialisierte Hardware sich von einem Nischenprodukt für Spiele zu einem Massenprodukt in KI-Rechenzentren entwickelt hat. Infolgedessen... (NVDA ), der Marktführer der Branche, hat sich zum größten Unternehmen der Welt entwickelt.

Doch eine andere Einschränkung entwickelt sich zum Hauptproblem: die Energieversorgung.

Dies liegt daran, dass KI-Rechenzentren heutzutage weniger an ihrer Rechenleistung, sondern vielmehr an ihrem Stromverbrauch gemessen werden. Deshalb KI-Unternehmen bemühen sich fieberhaft um die Wiederinbetriebnahme von Atomkraftwerken, die ersten SMR-Prototypen sichernden Die staatlichen Regulierungsbehörden beschleunigen das Genehmigungsverfahren für neue gasbetriebene Kraftwerke..

Während der Wettlauf um die Energieversorgung von Rechenzentren immer intensiver wird, richtet sich der Blick auf eine andere Option: weltraumgestützte KI, die dem Begriff „Cloud Computing“ eine völlig neue physikalische Bedeutung verleiht.

Die Möglichkeit einer unbegrenzten Energieversorgung durch Satelliten im Orbit haben wir bereits ausführlich in „Weltraumgestützte Energielösungen für endlos saubere Energie"

Dieses Konzept ist jedoch immer etwas eingeschränkt, da zunächst Sonnenenergie in Strom umgewandelt, dieser Strom dann in Mikrowellen umgewandelt und zur Erde zurückgestrahlt werden muss, um ihn anschließend wieder in Strom umzuwandeln.

Dies erhöht die Komplexität der Energiesatelliten, erfordert mehr bodengestützte Infrastruktur und reduziert die Effizienz des Verfahrens insgesamt drastisch, da jede Umwandlung in eine andere Energieform mit Verlusten verbunden ist. Dies dürfte wahrscheinlich nur mit sehr kostengünstigen Orbitalstarts realisierbar sein.

Alternativ dazu wäre es wesentlich effizienter und wirtschaftlich schneller rentabel, wenn die Energie direkt im Orbit genutzt würde – insbesondere dann, wenn das Endprodukt problemlos zur Erde zurückgeschickt werden könnte.

Theoretisch könnten Rechenzentren im Weltraum die ideale Lösung sein: Sie benötigen zwar viel Energie, aber die Übertragung der Berechnungsergebnisse zurück zur Erde ist trivial, erfordert keine neue Infrastruktur und verursacht keine Energieverluste.

Die Idee ist nicht nur theoretisch; beispielsweise hat Alphabet/Google gerade erst angekündigt:Projekt Sonnenfänger“, ein Prototyp eines orbitalen KI-Rechensystems, den wir in „Googles Projekt Suncatcher und der Aufstieg der orbitalen KI"

Könnte es also funktionieren, und warum könnte es der nächste Schritt beim Aufbau einer KI-Infrastruktur sein?

Das Aufeinandertreffen zweier Trends

Lösung des terrestrischen Energieproblems

Der Energiebedarf der menschlichen Zivilisation ist so hoch wie nie zuvor, und die Kommerzialisierung von LLMs hat den Bedarf an neuen Kraftwerken noch verstärkt. Bislang basiert der Großteil der neu installierten Stromerzeugung auf Solarenergie.

Quelle: ARCHE Invest

Dies stellt jedoch ein Problem für terrestrische Stromnetze dar, da Solarenergie nur bei Sonnenschein Strom erzeugt, was an bewölkten Tagen, im Winter oder abends zu geringerer Produktion führt. Im Gegensatz dazu benötigen energieintensive Anwendungen wie KI-Rechenzentren eine kontinuierliche Energieversorgung, wobei der Spitzenverbrauch häufig abends und im Winter auftritt.

Theoretisch lässt sich dieses Problem durch kostengünstige Energiespeicher, wie beispielsweise Batteriespeicher im Kraftwerksmaßstab, lösen. In der Praxis gehen dadurch jedoch viele Vorteile der Solarenergie als umweltfreundliche und kostengünstige Energiequelle verloren.

Quelle: ARCHE Invest

ARK Invest schätzt, dass die Investitionen in die Stromerzeugung bis 2030 um das Zweifache auf rund 10 Billionen US-Dollar steigen müssen, um den weltweiten Strombedarf zu decken. Davon entfällt ein 19-facher Ausbau stationärer Energiespeicher.

Quelle: ARCHE Invest

Dies erfordert zudem massive Investitionen in das Stromnetz, was die Kosten weiter in die Höhe treibt. Jede Alternative, die auf Batterie- und Netzkosten verzichtet, könnte wettbewerbsfähig sein, selbst mit eigenen, spezifischen Infrastrukturkosten, wie beispielsweise dem orbitalen Start von weltraumgestützten KI-Rechenzentren.

Der Starship-Deflationszyklus

Es ist kein Geheimnis, dass SpaceX das erfolgreichste Raumfahrtunternehmen aller Zeiten ist. Durch die Entwicklung zuverlässiger, wiederverwendbarer Trägerraketen hat das Unternehmen die Kosten für den Transport von Nutzlasten in die Erdumlaufbahn drastisch gesenkt. Die Kosten sind in den 17 Jahren seit 2008 um rund 95 % gesunken, von etwa 15,600 US-Dollar pro Kilogramm auf unter 1,000 US-Dollar pro Kilogramm.

Die neue Schwerlastrakete Starship wird diesen Trend voraussichtlich fortsetzen und die Startkosten letztendlich in den Bereich von etwa 100 US-Dollar pro Kilogramm treiben.

Quelle: ARCHE Invest

Was noch nicht vollständig verstanden wurde, ist, dass dies Satelliten oder Weltraummissionen nicht nur billiger macht; es verändert grundlegend was Das kann im Weltraum geschehen.

Wenn der Transport eines Kilogramms Material ins Weltall nur 100 Dollar kostet, wird es wirtschaftlich rentabel, alles Nützliche oder Leichte genug in den Orbit zu befördern. Dies gilt beispielsweise für Dünnschichtsolarzellen, die sehr leicht sein können, wenn sie nicht durch Glas oder starre Metallrahmen vor den Witterungseinflüssen der Erde geschützt werden müssen.

Dies gilt auch für Materialien, die pro Kilogramm sehr profitabel sind, wie zum Beispiel Computerchips.

Ein komplettes GB300 NVL72 Rack/Gehäuse von NVIDIA kostet beispielsweise bis zu 4 Millionen US-Dollar, wiegt aber nur etwa 1.8 Tonnen. Die Kosten für den Transport dieses Materials in den Weltraum betragen bei 100 US-Dollar pro Kilogramm lediglich 180,000 US-Dollar – im Vergleich zu den Hardwarekosten also fast vernachlässigbar.

Natürlich würde der Gesamtpreis unter Berücksichtigung der benötigten Ausrüstung (Abschirmung, Kühlung, Stromerzeugung usw.) höher ausfallen, aber das bedeutet, dass der Transport eines KI-Rechensystems in den Orbit die Kosten nicht so schnell massiv in die Höhe treiben wird. Der Wendepunkt dürfte bei etwa 500 US-Dollar pro Kilogramm Startkosten liegen.

Quelle: ARCHE Invest

Als zusätzlicher Vorteil könnte der Einsatz von KI im Orbit die Wirtschaftlichkeit wiederverwendbarer Raketen weiter verbessern, indem er einen riesigen Markt schafft. Zwar benötigt die Fertigstellung der Starlink-Konstellation möglicherweise das Elffache der bis 2025 von SpaceX insgesamt transportierten Nutzlast, doch 100 GW KI-Rechenleistung würden die Nachfrage nach Orbitaltransporten um das 60-Fache steigern. Dies wiederum würde die Startkosten weiter senken.

Quelle: ARCHE Invest

Warum orbitale KI strukturelle Vorteile bietet

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Ideal für Solarenergie

Im Weltraum ist Solarenergie im Überfluss vorhanden – bis zu viermal so viel wie bei gleicher Nennleistung, dank direkter Sonneneinstrahlung ohne atmosphärische Verluste. In der richtigen Umlaufbahn ist sie zudem deutlich zuverlässiger und liefert konstant rund um die Uhr Sonnenenergie.

Dies beseitigt die Einschränkungen landbasierter Solarenergie. Theoretisch könnte dies die endgültige Form der Solarenergieerzeugung sein. Aufgrund der Schwierigkeit, diese Energie zur Erde zurückzubringen, sind jedoch extrem niedrige Startkosten oder eine Produktion im Orbit erforderlich, um wirtschaftlich rentabel zu sein.

Alternativ dazu könnten einfachere Orbitalspiegel, die auf landbasierte Solarparks gerichtet sind, wie von [Name des Befürworters] propagiert, zum Einsatz kommen. Orbital reflektieren, könnten die Verluste bei der Umwandlung von Licht in Mikrowellen umgangen werden.

Wird die Energie hingegen im Orbit genutzt, sind diese Schritte überflüssig. Nach Abschluss der Berechnungen können die resultierenden Daten mit herkömmlichen Telekommunikationsmethoden zur Erde übertragen werden, wobei sich die Satellitenbandbreite rasant verbessert.

Natürliche Kühlung

Ein weiterer einzigartiger Vorteil von KI-Rechenzentren im Weltraum ist die Kühlung. Außerhalb der Sonneneinstrahlung herrscht im Weltraum extreme Kälte; für ein Raumfahrzeug im Erdschatten oder unter seinen eigenen Solarzellen beträgt die Temperatur -100 °C.

Ein erheblicher Teil des Energieverbrauchs terrestrischer Rechenzentren entfällt auf die Kühlung. Die Standorte in der Arktis oder sogar die Stratosphäre Da dies vorgeschlagen wurde, bietet der Platz einen natürlichen Vorteil. Dies wird wahrscheinlich massive passive Kühlsysteme zur Wärmeabfuhr erfordern, ist aber technisch machbar.

Allgegenwärtige Satellitenaufklärung

SpaceX und sein Breitband-Satellitennetzwerk haben die Satellitenlandschaft im Orbit komplett verändert; die Starlink-Satelliten machen etwa die Hälfte aller Satelliten im Orbit aus.

Quelle: ARCHE Invest

Dies hat zu einem exponentiellen Rückgang der Kosten für Satellitenbandbreite geführt, die zwischen 2020 und 2024 um fast das Hundertfache gesunken sind, wobei durch die Starship-Flüge weitere Einsparungen erwartet werden.

Quelle: ARCHE Invest

Die Telekommunikation im Weltraum wird so allgegenwärtig und kostengünstig, dass orbitale Rechenzentren bereits bestehende Netzwerke nutzen können, um mit der Erde zu kommunizieren, ohne eigene Kapazitäten aufbauen zu müssen. Darüber hinaus könnte ein dichtes Satellitennetzwerk zusätzliche Wartungsdienste wie Betankung oder Abschleppen ermöglichen, was die Lebensdauer dieser Systeme verlängern würde.

Trennung von Raum- und Landinfrastrukturen

Da orbitale KI-Rechenzentren nicht an das reguläre Stromnetz angeschlossen sind, werden sie die Strompreise auf der Erde nicht beeinflussen. Im Gegenteil, die zusätzliche Nachfrage nach Solartechnologie wird dazu beitragen, Solarenergie weltweit günstiger zu machen.

Darüber hinaus müssen diese Zentren nicht auf die Modernisierung des terrestrischen Stromnetzes warten, was Jahre dauern kann. Das Verfahren vermeidet außerdem die Nutzung von Land und wertvollen Wasserressourcen und verbessert so die Wirtschaftlichkeit insgesamt.

Investitionen in orbitale KI

Broadcom

Neben GPU-Herstellern und Entwicklern von KI-Modellen profitieren vor allem Unternehmen, die Konnektivitätslösungen und spezialisierte IT-Ausrüstung für Rechenzentren produzieren, vom KI-Boom. Ein bedeutendes Unternehmen in diesem Bereich ist Broadcom, ein Technologiekonzern, dessen Wurzeln bis in die Dotcom-Ära zurückreichen.

Nach dem Zusammenschluss von Broadcom und Avago im Jahr 2016 sind die Aktivitäten des Unternehmens in Infrastruktursoftware und Verbindungshardware (drahtlos, Server, KI-Netzwerke usw.) aufgeteilt.

Quelle: Broadcom

Ein weiterer wachsender Bereich im KI-Umfeld ist die Entwicklung und Herstellung von XPUs (X-Prozessoren), die CPU, GPU und Speicher in einem einzigen elektronischen Bauteil vereinen. Broadcom nutzt seine Erfahrung in der Produktion von ASICs (anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen), um Chips speziell für KI-Anwendungen zu entwickeln.

Quelle: Broadcom

Diese Art von kompakten, energieeffizienten Recheneinheiten eignet sich ideal für orbitale KI, die ein optimales Verhältnis zwischen Leistung und Gewicht erfordert. Die höhere Energieeffizienz von ASICs ist ebenfalls ein Vorteil, da der geringere Stromverbrauch die Masse der im Orbit benötigten Solarzellen reduziert.

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