De opkomst van kunstmatige intelligentie voedt de vraag naar datacenters. De snelle groei van deze energie-intensieve sector moet samengaan met de reductie van CO₂-uitstoot. EU-project Ascend onderzoekt een opvallende oplossing: datacenters in de ruimte.
Het klinkt in eerste instantie wellicht als sciencefiction, maar de landen en bedrijven achter Ascend (zie kader) nemen het idee heel serieus. Zij willen bewijzen dat een ruimtedatacenter winstgevend kan zijn. Afgelopen zomer zetten ze de eerste stap met de publicatie van een haalbaarheidsstudie, waarin ze de milieu-impact vergeleken van datacenters op aarde en in de ruimte.
Ascend
Het Ascend-consortium, onder leiding van Thales Alenia Space, bestaat uit negen partners uit vijf Europese landen (Polen, Duitsland, België, Frankrijk en Spanje). De IT-expertise komt van Hewlett Packard Enterprise (HPE) en CloudFerro. Ariane Group houdt zich bezig met de lancering. DLR onderzoekt de assemblage en welke robots daarvoor nodig zijn.
ThalesAlenia Space en Airbus brengen kennis in over het functioneren van het datacenter in de ruimte, en Orange vormt de link met de eindgebruikers. Daarnaast zijn onderzoeksbureau VITO – de Vlaamse tegenhanger van TNO – en Carbone 4 betrokken om de levenscyclusanalyse van het project uit te voeren.
Het project krijgt financiering vanuit het Europese Horizon-programma.
Om de conclusie kort samen te vatten: De rakketten die de datacenters naar de ruimte zouden moeten brengen, moeten zo’n tien keer zuiniger worden om de balans door te laten slaan in het voordeel van ruimtedatacenters. Bij Ascend zien ze dat op termijn als een haalbare kaart.
Als dat lukt, staan daar enkele voordelen tegenover. In de eerste plaats stoot een ruimtedatacenter tijdens de exploitatie geen CO₂ uit op aarde. Daarnaast hebben ze geen waterkoeling nodig, niet onbelangrijk in tijden van toenemende droogte. De energievoorziening komt van zonnepanelen op de satelliet (zie beeld onderaan), dus congestie op het net is ook geen issue.
Niet alle typen
Qua rekenkracht zijn datacenters op aarde en in de ruimte vergelijkbaar. Daar staat tegenover dat een datacenter in de ruimte een beperkte bandbreedte heeft. Er is immers geen kabelverbinding met de aarde, dus alle data moet door de ruimte worden getransporteerd. Dat maakt het concept onbruikbaar voor datacenters met meer dan honderd gebruikers, want die hebben veel bandbreedte nodig. Datacenters in de ruimte zullen dus nooit alle datacenters op aarde vervangen.
Voor specifieke datacenters kunnen ze waarschijnlijk wél een oplossing vormen. Welke dat precies zijn, zoekt het consortium nu uit. Maar volgens Pascal Lecoq, directeur sustainable data center modernization bij Hewlett Packard Enterprise (HPE), ligt de focus in eerste instantie bij private cloud high performance computing. Oftewel: het inzetten van veel rekenkracht om specifieke complexe rekenproblemen op hoge snelheid op te lossen. “Veel rekenkracht, veel koeling, weinig gebruikers”, vat Lecoq samen.
Om uitstoot tijdens de lancering te besparen, is het plan om dit soort datacenters – dat tonnen weegt – in stappen in de ruimte te brengen. De IT-, energie- en koelingsmodules worden dan eerst in een lage baan om de aarde gebracht (tussen de vijftig en 200 kilometer). Daar maakt een assemblagemodule de verschillende onderdelen aan elkaar, waarna een lanceerinrichting die rond de aarde beweegt het geheel in een hogere baan brengt (800 tot enkele duizenden kilometers).
Techniek bestaat al
De techniek voor de ruimtedatacenters zelf bestaat in feite al. De IT-hardware is in principe gelijk aan die van datacenters op aarde. Het enige verschil is dat de module hermetisch afgesloten moet zijn. De energievoorziening werkt op zonnepanelen, die robots op grote hoogte verder aan elkaar koppelen. Deze panelen zijn vergelijkbaar met waar het internationale ruimtestation ISS zijn elektriciteit vandaan haalt.
Tot slot is er de koeling. Die werkt in de ruimte wel wat anders dan op aarde. Luchtkoeling is geen optie, want in de ruimte is geen lucht. “Je kan niet even een raampje openzetten”, grapt Lecoq. Waterkoeling is ook geen optie, want water zou met de extreem lage temperaturen op deze afstand van de aarde meteen bevriezen.
Wel mogelijk is koeling met ammoniak. Dat is in principe ook niet nieuw. Warmtepompen kunnen ook ammoniak inzetten als koelmiddel. HPE is een van de partijen die vloeibare koeltechnologie voor datacenters zodanig aanpast dat deze met ammoniak kan werken in plaats van water. “Dit is op het moment vooral een kwestie van opschalen”, aldus Lecoq.
Restwarmte
Niet alleen in de ruimte heeft vloeibare koeling een grote toekomst, zegt de Fransman, die veertig jaar geleden in Toulouse promoveerde op dit onderwerp. Op aarde volstaan tot nu toe ventilatoren in de meeste gevallen om servers af te koelen, maar de nieuwe generatie servers wordt zo sterk dat luchtkoeling niet meer volstaat.
Vloeibare koeling is efficiënter, zegt Lecoq. “Vergelijk het met een koude douche op een warme dag. Daarmee koelt je lichaam sneller af dan met een ventilator.” Tot nu toe zetten techbedrijven liever luchtkoeling in voor datacenters omdat dat goedkoper is, maar dat argument vervalt nu chips hun warmte simpelweg niet meer kwijt kunnen.
Een bijkomend voordeel van vloeibare koeling is dat de restwarmte van datacenters veel beter te gebruiken is. Op dit moment gaat 95% van de warmte van datacentra wereldwijd verloren. “Vloeibare koeling levert water op van 45°C tot 50°C, perfect voor het verwarmen van huizen, zwembaden, stadions et cetera. Met een goed geïsoleerde pijpleiding kun je dat over vele kilometers transporteren.” Lecoq verwacht dat over vijf jaar 40% tot 50% van de datacenters vloeibare koeling zal hebben. Nu is dat minder dan 5%.
1 GW in 2050
Terug naar de ruimte. Wanneer kunnen we daar de eerste datacenters verwachten? De ambitie van Ascend is in elk geval om in 1 GW aan capaciteit in de ruimte te hebben voor 2050. Ter vergelijking: volgens een prognose van McKinsey zal er in 2030 alleen al in de EU voor zo’n 35 GW aan datacenters staan.
Of Ascend zijn ambitie gaat halen, zal onder meer afhangen van de ontwikkeling van raketten. Ook de kosten zullen een rol spelen. Die zullen zeker in de beginfase aanzienlijk hoger zijn dan bij datacenters op aarde. “Het is een prachtig idee om een datacenter in de ruimte te hebben”, zegt Lecoq. “Of het miljarden waard is om dat te ontwikkelen? Dat is aan de politiek om te bepalen.”
Tot slot weet eigenlijk niemand precies wat de toekomstige behoefte zal zijn aan datacenters, en wat de rol hierin kan zijn van datacenters in de ruimte, stelt Lecoq. Hij wijst erop dat het sowieso nog wel tien jaar gaat duren voordat er een raket met een datacentermodule de lucht in gaat.
“Tien jaar is een marathon in de IT-wereld. De veranderingen gaan razendsnel. AI zag er drie jaar volledig anders uit dan nu, en over drie jaar is het weer totaal anders. Iedereen die zegt dat hij weet hoe AI er over tien jaar uitziet is puur aan het gokken. Dat kun je gewoon niet weten”, aldus Lecoq.
