گوگل برای نخستین بار مدل هوش مصنوعی Gemma 4 را روی تراشه‌های TPU در مدار زمین اجرا کرد

بخش تحقیقات گوگل (Google Research) برای نخستین بار یک مدل زبانی متن‌باز را روی واحد پردازش تانسوری (TPU) کلاس مراکز داده در مدار پایینی زمین اجرا کرد. بر اساس گزارش منتشرشده در به‌روزرسانی پروژه Suncatcher، تیم پژوهشی دستور متنی مورد نظر را به ماهواره ارسال کرد، از مدل Gemma 4 خواست یک هایکو درباره فضا بنویسد و سپس پاسخ تولیدشده را هنگام عبور ماهواره از فراز منطقه اسوالبارد در نروژ دریافت کرد.

تولید این شعر کوتاه هایکو نیازمند توان پردازشی چندانی نبود، اما توانست درستی کل چرخه استنتاج را به اثبات برساند: ایستگاه زمینی دستور را ارسال کرد، سامانه مستقر در مدار شتاب‌دهنده را فعال ساخت، مدل متن را تولید کرد و در نهایت ماهواره آن را به زمین فرستاد. گوگل اجرای این آزمایش در تاریخ ۳۰ اکتبر را نخستین پاسخ هوش مصنوعی تولیدشده در مدار زمین با استفاده از یک تراشه TPU کلاس مراکز داده توصیف کرده است.

چهار تراشه TPU و یک کیلووات توان مصرفی

شرکت Planet ماهواره پیش‌نمونه این پروژه را با نام MVP ساخت و آن را با یکی از پرتاب‌های اشتراکی شرکت SpaceX به فضا فرستاد. این ماهواره به چهار تراشه TPU از نسل Trillium، یک نسخه نصب‌شده از مدل Gemma 4 و پنل‌های خورشیدی با توان تولید حدود ۱ کیلووات برق مجهز است. گوگل از همین خانواده پردازنده‌های TPU برای اجرای بارهای کاری هوش مصنوعی در مراکز داده زمینی خود استفاده می‌کند. رایانه‌های بیشتر فضاپیماها معمولاً از پردازنده‌های کم‌مصرفی بهره می‌برند که برای مقاومت در برابر تابش‌های کیهانی طراحی شده‌اند؛ از این رو بررسی رفتار شتاب‌دهنده‌های پیشرفته تجاری در شرایط مداری به پرسش پژوهشی محوری این پروژه تبدیل شده است.

از ارسال سیگنال تا دریافت پاسخ در زمین

1. ایستگاه زمینی دستور متنی را به ماهواره ارسال کرد.
2. سامانه داخلی ماهواره تراشه TPU را فعال کرد و دستور را به مدل Gemma 4 سپرد.
3. مدل متن پاسخ را به‌صورت محلی در فضا تولید کرد.
4. ماهواره خروجی تولیدشده را به ایستگاه زمینی اسوالبارد مخابره کرد.
5. در آزمایش‌های بعدی، شعرهای طنز فضایی و گزارش‌های متنی درباره دورسنجی محموله ماهواره تولید شد.

گوگل در حال حاضر اجرای مدل را به ۱۵ دقیقه محدود کرده است، زیرا مدیریت دما چرخه کاری دستگاه را تعیین می‌کند. محیط خلأ مانع از خنک‌سازی همرفتی می‌شود و ماهواره باید گرمای پردازنده‌ها را با انتقال هدایتی به بدنه رسانده و به فضا بتاباند. علاوه بر این، چرخش مداوم میان نور خورشید و سایه زمین باعث ایجاد چرخه‌های حرارتی شدیدی می‌شود که مراکز داده زمینی تقریباً هرگز با آن روبه‌رو نمی‌شوند.

تأیید مسیر پردازش با یک آزمایش اولیه

آزمایش ۳۰ اکتبر نشان داد که ماهواره قادر است درخواست را دریافت کند، مدل ترنسفورمر را روی شتاب‌دهنده داخلی خود به اجرا درآورد و خروجی منسجمی تحویل دهد. با این حال، تولید یک شعر کوتاه هایکو معیاری برای سنجش توان عملیاتی، میزان تأخیر، مصرف انرژی به ازای هر توکن، بهره‌برداری مداوم یا قابلیت اطمینان بلندمدت فراهم نمی‌کند. سنجش دقیق این پارامترها مشخص خواهد کرد که آیا تراشه‌های TPU مستقر در فضا می‌توانند بارهایی سنگین‌تر از وظایف استنتاجی کوتاه‌مدت را پشتیبانی کنند یا خیر.

تابش‌های کیهانی چالش حل‌نشده دیگری به‌شمار می‌روند. ذرات پرانرژی می‌توانند مقادیر ذخیره‌شده در حافظه یا وضعیت پردازنده را دگرگون کرده و خطاهای گذرا موسوم به تغییر ناخواسته بیت (Bit Flip) ایجاد کنند. دسترسی پژوهشگران به وزن‌های مدل Gemma 4 این امکان را فراهم می‌سازد که از وضعیت مدل نسخه پشتیبان تهیه کنند، داده‌ها را دوباره بارگذاری نمایند و خروجی‌های به‌دست‌آمده در مدار را با نتایج مرجع در زمین مقایسه کنند. گوگل قصد دارد در آزمون‌های آینده، نرخ بروز خطا، سازوکار بازیابی سامانه و کارایی سخت‌افزار را در مواجهه طولانی‌مدت با تشعشعات و نوسانات دمایی بسنجد.

نقش کلیدی ارتباطات لیزری در توسعه مقیاس‌پذیر

معماری پیشنهادی پروژه Suncatcher بسیار فراتر از یک ماهواره پیش‌نمونه است. گوگل طرحی برای راه‌اندازی صورت‌فلکی ماهواره‌ای در ارتفاع حدود ۶۵۰ کیلومتری و در مداری خورشیدآهنگ از نوع طلوع و غروب ارائه کرده است؛ جایی که هر ماهواره می‌تواند ده‌ها تراشه Trillium v6e Cloud TPU را با خود حمل کند. حضور در این مدار، مدت‌زمان ماندن در سایه زمین را به حداقل می‌رساند و امکان استفاده طولانی‌تر از نور خورشید برای تولید برق را فراهم می‌آورد.

این ماهواره‌ها به‌صورت یک خوشه پردازشی توزیع‌شده و از طریق پیوندهای نوری در فضای آزاد که داده‌ها را با پرتوهای لیزر به‌جای فیبر نوری منتقل می‌کنند، با یکدیگر در ارتباط خواهند بود. طراحی گوگل دستیابی به پهنای باند نزدیک به ۸۰۰ گیگابیت‌برثانیه را میان ماهواره‌هایی با فاصله حدود ۱۰۰ تا ۲۰۰ متر هدف گرفته است. حفظ چنین سرعت بالایی نیازمند کنترل بسیار دقیق پرواز گروهی و تنظیم جهت پرتوهاست، زیرا کوچک‌ترین انحراف می‌تواند باریکه ظریف لیزر را از گیرنده منحرف کند.

بر اساس برنامه‌ریزی‌ها، دو ماهواره پیش‌نمونه دیگر ساخت شرکت Planet تا اوایل سال ۲۰۲۷ به فضا پرتاب خواهند شد. مأموریت اصلی این دو ماهواره، آزمایش پرواز گروهی و سنجش پیوندهای ارتباطی میان‌ماهواره‌ای است. پایداری پهنای باند، ثبات در جهت‌یابی، بازیابی خطاها و هماهنگی میان گره‌های متحرک مشخص خواهد کرد که آیا این طرح می‌تواند بارهای کاری توزیع‌شده هوش مصنوعی را در عمل پردازش کند یا خیر.

هنوز تا ارائه عمومی برای توسعه‌دهندگان فاصله است

پروژه Suncatcher در حال حاضر هیچ رابط کاربری یا API عمومی، بسته توسعه نرم‌افزار، تعرفه قیمتی یا تاریخ عرضه‌ای ندارد و توسعه‌دهندگان امکان اجرای برنامه‌های خود را روی ماهواره MVP نخواهند داشت. این آزمایش صرفاً داده‌های عملیاتی مفیدی در زمینه پایداری شتاب‌دهنده‌ها، مدیریت حرارت، تحمل تشعشعات فضایی و شبکه‌سازی مداری در اختیار مهندسان قرار می‌دهد.

پیش از آنکه این پروژه بتواند به یک سرویس محاسباتی اتکاپذیر تبدیل شود، ارزیابی چند فاکتور کلیدی ضروری خواهد بود:

• توان پردازشی پایدار در آموزش و استنتاج مدل‌ها
• میزان تأخیر و انرژی مصرفی به ازای هر توکن
• عملکرد سیستم دفع حرارت در پردازش‌های سنگین و طولانی
• نرخ خطاهای ناشی از تشعشعات و مدت‌زمان بازیابی سامانه
• پهنای باند اتصالات نوری هنگام تغییر موقعیت ماهواره‌ها نسبت به یکدیگر
• هزینه‌های پرتاب، نگهداری، جایگزینی ماهواره‌ها و ایستگاه‌های زمینی

چشم‌انداز بلندمدت این طرح، ایجاد یک زیرساخت محاسباتی مبتنی بر انرژی خورشیدی است که وابستگی بسیار کمتری به پست‌های برق، سیستم‌های خنک‌کننده و منابع آب در سطح زمین داشته باشد. کاربردهای عملی این پلتفرم به محل تولید داده‌ها نیز بستگی دارد؛ داده‌های تولیدشده توسط خود ماهواره‌ها را می‌توان در همان مدار پردازش کرد، در حالی که برنامه‌های کاربردی مستقر در زمین با چالش هزینه و تأخیر در ارسال داده به فضا و بازگشت آن روبه‌رو خواهند بود. آزمایش تولید هایکو یک اجرای موفق را برای گوگل به ثبت رساند؛ با این حال، آزمایش‌های پرواز گروهی و ارزیابی پایداری در آینده نشان خواهند داد که آیا این فناوری می‌تواند به یک بستر رایانشی ماندگار تبدیل شود یا خیر.