Masuk Akalkah Menaruh Datacenter AI di Orbit?
Perhitungan biaya & dampak lingkungan datacenter AI di orbit Bumi, dibandingkan di permukaan Bumi.
4 menit baca
Terdapat wacana untuk meluncurkan datacenter AI ke luar angkasa. Bayar roketnya, daya didapatkan dari panel surya, lalu buang panasnya dengan radiator. Imbalannya, tak ada lagi urusan dengan jaringan listrik, lahan, air pendingin, dan izin dari warga sekitar.
Tulisan ini menghitung apakah pertukaran itu sepadan. Semua angka di halaman ini dihitung langsung dari asumsinya, dan asumsi itu bisa diubah: pilih skenario lain yang telah ditentukan, atau geser nilai di dekat setiap ilustrasi.
Dengan asumsi dasar, setiap kWh komputasi di orbit berbiaya $3,03, 2,1 kali biaya di pusat data darat ($1,43). Jejak karbonnya lebih kecil: 201 g CO₂e per kWh, dibanding 524 g di darat.
Daya
Di orbit, matahari bersinar tanpa awan dan tanpa malam yang panjang. Tetapi orbit rendah berarti stasiun berulang kali masuk bayangan Bumi, dan komputer tidak boleh padam selama itu.
Pada ketinggian 550 km, satu putaran orbit memakan 96 menit. Selama 36 menit di antaranya stasiun berada di bayangan Bumi dan hidup dari baterai. Supaya komputer berdaya 1 MW tetap menyala dan baterai terisi lagi, panel surya harus menghasilkan 1,79 MW, dari panel seluas 5.473 m² (0,8 lapangan sepak bola). Baterainya berkapasitas 920 kWh.
Satu putaran orbit
- Tersinari matahari
- Di bayangan Bumi
- Stasiun
- Jejak di permukaan
Sudut β adalah sudut antara arah matahari dan bidang orbit. Pada β = 90° stasiun terbang di sepanjang batas siang dan malam, tidak pernah masuk bayangan, dan tidak butuh baterai. Orbit semacam itu hanya ada di dekat kutub, dan sudutnya bergeser menurut musim.
Panas
Di darat, panas dibawa pergi oleh udara dan air. Di ruang hampa tidak ada keduanya. Satu-satunya jalan keluar bagi panas adalah dengan cara memancarkannya sebagai cahaya inframerah dari permukaan yang luas.
Semua listrik yang digunakan oleh perangkat komputasi akan berakhir sebagai panas: 1,09 MW. Dengan perangkat bekerja pada 85 °C, permukaan radiator bersuhu 55 °C dan harus seluas 1.151 m², 21% dari luas panel surya.
Luas radiator, menurut suhu kerja cip
Radiator tidak bisa lebih panas daripada perangkat yang didinginkannya, dan tidak menghadap ruang hampa yang dingin saja: Bumi di bawahnya ikut memanasinya. Itu sebabnya suhu lingkungan efektif di orbit rendah jauh di atas suhu antariksa.
Massa dan peluncuran
Panel surya, baterai, radiator, dan unit komputasi harus diluncurkan ke orbit, dan setiap kilogram yang diluncurkan akan menambah ongkosnya.
Satu stasiun 1 MW berbobot 38,1 t saat diluncurkan, atau 38,1 t per MW. Bagian terberatnya adalah panel surya (31%). Satu roket bermuatan 150 t mengangkut 3 stasiun sekaligus. Seluruh armada 1.000 stasiun berbobot 38,1 kt dan membutuhkan 254 peluncuran.
Massa satu stasiun saat diluncurkan
Luas panel surya dan radiator satu stasiun, sesuai skala
Panel surya
5.473 m²
Radiator
1.151 m²
Lapangan sepak bola
7.140 m²
Panel surya ISS
2.500 m²
Bertahan di orbit
Pada ketinggian ratusan kilometer masih terdapat sisa atmosfer. Bentangan panel dan radiator yang luas menangkapnya seperti layar kapal di laut, dan stasiun akan pelan-pelan kehilangan ketinggian kecuali jika terus didorong.
Pada ketinggian 550 km, hambatan atmosfer pada satu stasiun sebesar 40,1 mN. Untuk melawannya, pendorong listrik memakai 819 W (0,1% dari daya komputer) dan 52 kg propelan per tahun. Kalau pendorongnya mati, stasiun turun ke 150 km dalam 1 tahun.
Umur orbit tanpa dorongan, menurut ketinggian
Orbit yang lebih tinggi hampir bebas hambatan, tetapi sampah antariksa di sana juga bertahan jauh lebih lama.
Biaya
Satu stasiun 1 MW di orbit menghabiskan $26,6 juta per tahun. Pusat data di darat dengan beban yang sama menghabiskan $12,5 juta. Pos terbesar di orbit adalah wahana antariksanya (28%), sedangkan di darat perangkat keras komputasi (47%).
Biaya setiap kWh komputasi, orbit dan darat
- Orbit
- Darat
Perangkat keras memiliki kemampuan komputasi yang sama, jadi biayanya pun hampir sama di kedua tempat. Bedanya ada di sekelilingnya: orbit membayar wahana dan peluncuran, sedangkan darat membayar gedung, listrik, dan perizinan.
Menunggu itu mahal
Komputasi yang baru menyala beberapa tahun lagi bernilai lebih rendah daripada komputasi yang menyala hari ini, karena sudah dapat langsung mendapatkan pemasukan. Jadi siapa yang lebih cepat mendapat daya ikut menentukan siapa yang lebih murah.
Armada 1.000 stasiun membutuhkan 254 peluncuran. Dengan 100 peluncuran per tahun, ditambah 1,5 tahun mengurus izin, stasiun pertama bekerja begitu diluncurkan dan seluruh daya tersedia setelah 4 tahun. Di darat, antrean izin dan sambungan listrik memakan 3,5 tahun.
Seberapa murah peluncuran harus jadi?
Biaya peluncuran adalah angka yang paling sering disebut para pendukung gagasan ini. Grafik berikut mengubah biaya itu saja, dari yang termurah sampai yang termahal, dan membiarkan asumsi lain tetap.
Rasio biaya orbit terhadap darat, menurut biaya peluncuran
Agar keduanya impas, listrik di darat harus berharga $1,17 per kWh, 15 kali harga yang diasumsikan ($0,080).
Karbon dan air
Stasiun di orbit tidak membakar apa pun selama bekerja. Emisinya terjadi di muka: saat perangkat dan wahananya dibuat, dan saat roketnya diluncurkan. Pusat data di darat sebaliknya: emisinya mengalir terus bersama listrik yang digunakannya.
Sepanjang umurnya, setiap kWh komputasi di orbit melepas 201 g CO₂e; di darat 524 g. Sumber terbesar di orbit adalah pembuatan wahana antariksa (68%), sedangkan di darat listrik dari jaringan (92%).
Emisi setiap kWh komputasi, orbit dan darat
- Orbit
- Darat
Keduanya setara bila listrik di darat mengeluarkan 131 g CO₂ per kWh. Yang diasumsikan 400 g, jadi orbit unggul; di jaringan yang lebih bersih dari 131 g, orbit kalah.
Untuk air, selisihnya lebih besar: 0,14 L per kWh di orbit, 4,33 L di darat. Di orbit tidak ada menara pendingin dan tidak ada pembangkit listrik; yang tersisa hanyalah air untuk membuat perangkat kerasnya.
Yang tidak dihitung
Model ini menyederhanakan banyak hal. Berikut adalah hal-hal tidak masuk hitungan, dan hampir semuanya akan memberatkan orbit:
- pengerasan terhadap radiasi dan galat akibat partikel berenergi tinggi, termasuk massa perisainya;
- perlindungan terhadap mikrometeoroid dan sampah antariksa;
- dinamika struktur bentang berukuran kilometer persegi;
- bayangan panel surya yang jatuh ke radiator;
- lebar pita sambungan data ke Bumi;
- servis atau perbaikan di orbit: perangkat yang rusak dianggap hangus dan diganti, tidak pernah diperbaiki;
- berkurangnya muatan roket untuk orbit yang lebih tinggi atau lebih miring;
- risiko tabrakan dan manuver menghindarinya;
- pembuangan stasiun di akhir masa pakainya.
Semua asumsi
Setiap angka di atas berasal dari asumsi berikut. Semuanya bisa diubah, dan perubahannya langsung berlaku di seluruh halaman.
Misi5 asumsi
Daya7 asumsi
Termal5 asumsi
Massa & struktur2 asumsi
Hambatan & propulsi5 asumsi
Keekonomian8 asumsi
Politik & perizinan7 asumsi
Lingkungan13 asumsi
Peluncuran3 asumsi
Skenario yang sama bisa dibuka di kalkulator lengkapnya, yang memuat rumus dan rujukan untuk setiap angka.
Tentang hitungan ini
Model di balik angka-angka ini sama persis dengan yang dipakai Orbital AI Datacenter Calculator; kodenya disalin apa adanya. Model itu dibuat dengan bantuan AI dan belum diperiksa secara independen, jadi perlakukan hasilnya sebagai bahan diskusi, bukan sebagai kesimpulan.
Kesimpulan
Hampir semua skenario menyimpulkan bahwa datacenter AI di orbit tidak ekonomis dibandingkan datacenter AI di darat. Namun belum tentu selamanya akan demikian.
Jika izin mendirikan datacenter AI semakin sulit diperoleh, mungkin suatu saat akan mustahil untuk dapat mendirikan datacenter AI di mana pun di permukaan Bumi. Jika sudah demikian, meluncurkan datacenter AI ke luar angkasa adalah salah satu dari sedikit opsi yang masih tersedia. Biaya yang mahal tidak lagi menjadi masalah apabila tidak harus bersaing dengan datacenter AI di permukaan Bumi.