구글, 우주 AI 데이터셀증용 위성 발사한다

구글이 9월 24일 지구 궤도에서 AI 데이터센터를 가동하는 프로젝트 선캐처(Project Suncatcher)의 초기 실험 계획을 밝혔다. 자사 AI 칩인 TPU가 우주 공간에서 어떻게 작동하는지 평가할 시제품 위성을 10월 1일 발사한다는 내용이다.

프로젝트 선캐처는 우주 공간에서 AI 데이터센터를 운용할 수 있는지 탐구하는 연구 프로젝트다. 저궤도에서는 위성이 거의 끊임없이 햇빛을 받아 지상보다 최대 8배 많은 태양광 발전량을 얻을 수 있다. 저궤도에서 인공위성 여러 기를 연계해 운용할 수 있다면 대규모 AI 데이터센터를 낮은 비용으로 돌릴 수 있을 것이라는 기대다.

첫 번째 질문은 구글 AI 하드웨어가 우주 공간에서 작동할 수 있느냐다. 이를 확인하려고 프로젝트 선캐처는 TPU를 실은 위성을 우주에서 운용하며 방사선과 극심한 온도 변화 같은 우주 특유의 스트레스가 TPU에 주는 영향을 조사한다. TPU 탑재 위성은 스페이스X(SpaceX) 팰컨9(Falcon 9) 로켓을 이용하는 공동 발사 임무 트랜스포터18(Transporter 18)로 우주에 올라간다. 트랜스포터18은 한국 시간 10월 2일 오전 3시18분 발사될 예정이다.

TPU는 우주로 가는 도중에도 큰 스트레스를 받는다. 로켓이 저궤도에 닿기까지 걸리는 시간은 10분이다. 그동안 우주선은 격렬한 진동과 중력 10배(10G)에 해당하는 지속적인 가속도 부하를 받는다. TPU 같은 개별 부품은 이보다 큰 50~100G 가속도를 받을 수도 있다.

프로젝트 선캐처 팀은 로켓 발사 때 진동을 재현하려고 위성을 3개 축 모두로 격렬하게 흔드는 진동 시험을 했다. 트래비스 빌스(Travis Beals) 프로젝트 선캐처 수석 디렉터는 이런 시험이 계획대로 진행되는 일은 드물어 하드웨어가 힘을 견뎌낸 데 기분 좋게 놀랐다고 말했다.

TPU가 우주에 도착하면 대기권 밖 방사선에 그대로 노출된다. 태양 활동과 우주 방사선은 전자기기에 심각한 손상을 줄 수 있다. 이에 팀은 캘리포니아대 데이비스캠퍼스(UC Davis) 크로커원자력연구소(Crocker Nuclear Laboratory) 양성자빔 시설에서 AI 워크로드를 돌리면서 TPU를 시험했다.

시험 중에는 비트 반전 같은 오류가 워크로드에 어떤 영향을 주는지 면밀히 살폈다. 초기 결과에서 구글 6세대 TPU인 트릴리움(Trillium)은 놀라울 만큼 높은 내구성을 보였다. 5년 우주 임무 동안 받을 총 이온화 방사선량보다 많은 양을 견딜 수 있는 것으로 나타났다.

하지만 우주에서만 검증할 수 있는 부분도 있다. TPU를 저궤도에 올려 실제 우주 환경에서 데이터를 모아야 하는 이유다.

우주 데이터센터 운용에서 또 하나 걸림돌은 TPU 냉각이다. TPU는 좁은 면적에서 많은 열을 내기 때문에 열을 안전하게 빼내지 못하면 칩이 제대로 작동하기 어려운 온도까지 올라갈 수 있다. 지상 공랭식·수랭식 시스템은 공기 흐름에 기대지만 우주에는 공기 흐름이 없어 전자기기 냉각에 전혀 다른 접근이 필요하다.

프로젝트 선캐처 팀은 히트파이프와 라디에이터를 결합하는 방식 등 여러 냉각 방법을 연구하고 있다. 지금까지는 우주 공간 열 환경과 진공 환경을 모사하는 열진공 챔버에서 이런 기술을 시험했다. 앞으로는 냉각 시스템이 실제 우주에서 어떻게 작동하는지 확인하고 여기서 얻은 결과를 바탕으로 설계를 개선할 계획이다.

AI 데이터센터로 쓰일 위성은 각각 TPU 수십 개를 싣고 여러 기가 묶여 함께 작동할 예정이다. AI 처리에 필요한 대역폭을 유지하려면 각 위성은 자기 위치와 이웃 위성과의 상대 위치를 파악해야 한다. 이 때문에 위성끼리는 레이저로 통신한다.

우주 위성 통신 기술은 이미 있지만 최신 시스템 대부분은 먼 거리에서 낮은 대역폭으로 작동하도록 최적화돼 있다. AI 데이터센터 위성에 쓰려면 레이저가 아주 짧은 거리에서 매우 높은 대역폭으로 작동해야 한다. 필요한 연결을 유지하려면 매우 높은 정밀도도 요구된다. 수 마일 떨어진 곳에서 동전 크기 표적을 맞히는 수준의 정밀도가 필요하다는 게 팀 설명이다. 프로젝트 선캐처 팀은 2027년 인공위성 2기를 저궤도에 올릴 때 이 새 레이저 기술을 실증할 계획이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.