우주 기반 AI: 클라우드 규모 확장을 위한 차세대 개척지

인공지능 인프라가 우주로 이동하는 이유는 무엇일까요?

인공지능(AI)이 급성장함에 따라 여러 공급 제약이 나타났습니다. 첫 번째는 GPU였는데, 특수 하드웨어가 틈새 게임 용도에서 AI 데이터 센터의 대량 도입으로 전환되면서 발생했습니다. 그 결과, 엔비디아는 (NVDA )업계 선두주자인 이 회사는 세계 최대 기업으로 성장했습니다.

하지만 또 다른 제약 요인이 주요 문제로 대두되고 있는데, 바로 에너지 공급입니다.

이는 이제 AI 데이터 센터의 성능을 측정하는 기준이 연산 능력보다는 전력 소비량으로 평가되기 때문입니다. 바로 이러한 이유 때문입니다. 인공지능 기업들이 원자력 발전소 재가동에 총력을 기울이고 있다., 최초의 SMR 프로토타입을 확보하세요및 주 정부 규제 당국은 신규 가스 발전소에 대한 승인 절차를 신속하게 진행하고 있습니다..

데이터 센터에 필요한 에너지를 확보하기 위한 경쟁이 심화됨에 따라, 또 다른 선택지인 우주 기반 인공지능에 관심이 쏠리고 있으며, 이는 "클라우드 컴퓨팅"에 완전히 새로운 물리적 의미를 부여하고 있습니다.

궤도 위성으로부터 무제한 에너지 공급이 가능하다는 가능성은 우리가 이미 "끝없는 청정 에너지를 위한 우주 기반 에너지 솔루션. "

하지만 이 개념은 태양 에너지를 전력으로 변환하고, 이 전기를 마이크로파로 변환하여 지구로 다시 전송한 다음, 다시 전력으로 변환해야 한다는 점에서 항상 어느 정도 한계가 있습니다.

이는 발전 위성의 복잡성을 증가시키고, 더 많은 지상 기반 시설을 필요로 하며, 각 에너지 형태 변환 과정에서 손실이 발생하기 때문에 전체적인 효율성을 크게 떨어뜨립니다. 따라서 이 방식은 매우 저렴한 궤도 발사 방식이 아니면 실현 가능성이 낮습니다.

또는, 생산된 에너지를 궤도에서 직접 사용한다면 훨씬 더 효율적이고 경제적으로 더 빨리 실현 가능해질 것입니다. 특히 최종 생산물을 지구로 쉽게 다시 보낼 수 있다면 더욱 그렇습니다.

이론적으로 우주 데이터 센터는 이상적인 선택이 될 수 있습니다. 막대한 전력이 필요하지만, 계산 결과를 지구로 전송하는 것은 간단하고, 새로운 인프라 구축이 필요 없으며, 에너지 손실도 발생하지 않기 때문입니다.

이 아이디어는 단지 이론적인 것에 그치지 않습니다. 예를 들어, Alphabet/Google은 최근 다음과 같이 발표했습니다.프로젝트 선캐처"우리가 "에서 다룬 바 있는 궤도 AI 컴퓨팅 시스템 프로토타입"구글의 선캐처 프로젝트와 궤도 인공지능의 부상. "

그렇다면 이것이 실제로 효과가 있을까요? 그리고 이것이 인공지능 인프라 구축의 다음 단계가 될 수 있는 이유는 무엇일까요?

두 가지 트렌드의 충돌

지상 전력 제약 문제 해결

인류 문명을 유지하는 데에는 그 어느 때보다 많은 에너지가 필요하며, 저에너지 태양열 발전(LLM)의 상용화는 새로운 발전 설비에 대한 수요를 더욱 증가시켰습니다. 현재까지 새로 설치된 발전 설비의 대부분은 태양 에너지입니다.

출처: 아크 투자

하지만 이는 지상 전력망에 문제를 야기합니다. 태양 에너지는 해가 비칠 때만 전력을 생산하기 때문에 흐린 날, 겨울철, 또는 저녁 시간에는 생산량이 감소합니다. 반면, AI 데이터 센터와 같이 전력을 많이 소비하는 시설은 지속적인 에너지 공급을 필요로 하며, 소비량이 가장 많은 시간대는 주로 저녁과 겨울철입니다.

이론적으로는 대규모 배터리 단지와 같은 저렴한 에너지 저장 장치를 통해 이 문제를 해결할 수 있습니다. 하지만 실제로는 이러한 방식이 친환경적이고 저렴한 에너지원으로서 태양광 발전이 가진 많은 장점을 상쇄하게 됩니다.

출처: 아크 투자

ARK Invest는 전 세계 전력 수요를 충족하기 위해 2030년까지 발전 부문에 대한 자본 지출이 약 2배 증가하여 약 10조 달러에 달해야 한다고 추산합니다. 이 중 고정형 에너지 저장 장치의 설치는 19배 증가해야 합니다.

출처: 아크 투자

이는 전력망에 대한 막대한 투자를 필요로 하며, 결과적으로 비용을 더욱 증가시킬 것입니다. 배터리와 전력망 비용을 생략할 수 있는 대안은, 우주 기반 AI 데이터 센터의 궤도 발사와 같은 고유한 인프라 구축 비용이 발생하더라도 경쟁력이 있을 수 있습니다.

스타쉽 디플레이션 사이클

스페이스X가 역사상 가장 성공적인 우주 관련 기업이라는 것은 누구나 아는 사실입니다. 스페이스X는 신뢰할 수 있는 재사용 발사체 개발을 통해 지구 궤도에 유용한 탑재물을 운반하는 비용을 획기적으로 절감했습니다. 2008년 이후 17년 동안 비용은 kg당 약 15,600달러에서 1,000달러 미만으로 약 95% 감소했습니다.

새로운 초중량급 발사체인 스타십은 이러한 추세를 이어가 궁극적으로 발사 비용을 kg당 약 100달러 수준으로 끌어올릴 가능성이 높습니다.

출처: 아크 투자

아직 완전히 이해되지 않은 것은 이것이 단순히 인공위성이나 우주 임무의 비용을 낮추는 데 그치지 않고, 근본적으로 변화를 가져온다는 점입니다. 뭐 우주에서도 가능합니다.

우주로 물질 1kg을 보내는 데 드는 비용이 단 100달러에 불과하다면, 유용하거나 충분히 가벼운 물건이라면 무엇이든 궤도에 올리는 것이 경제적으로 실현 가능해집니다. 이는 박막 태양 전지에도 해당되는데, 박막 태양 전지는 지상의 날씨로부터 보호하기 위해 유리나 단단한 금속 프레임이 필요하지 않으므로 매우 가벼울 수 있습니다.

이는 컴퓨터 칩처럼 킬로그램당 수익성이 매우 높은 재료에도 마찬가지입니다.

예를 들어, 엔비디아의 GB300 NVL72 랙/캐비닛 전체 가격은 4만 달러에 달하지만 무게는 약 1.8톤(4,000파운드)에 불과합니다. 이러한 자재를 kg당 100달러에 궤도로 보내는 비용은 180,000만 달러에 그치는데, 이는 하드웨어 비용에 비하면 거의 무시할 수 있는 수준입니다.

물론, 보조 장비(차폐, 냉각, 발전 등)를 고려하면 총 가격은 더 높아지겠지만, 이는 AI 컴퓨팅 시스템을 궤도에 올리는 것이 단기간에 비용을 크게 증가시키지는 않을 것이라는 의미입니다. 전환점은 발사 비용이 kg당 약 500달러 정도가 될 것으로 예상됩니다.

출처: 아크 투자

추가적인 이점으로, 궤도 AI의 발전은 거대한 시장을 창출하여 재사용 가능한 로켓의 경제성을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 스타링크 위성군 구축을 완료하려면 2025년까지 SpaceX가 발사할 총 중량의 11배가 필요할 수 있지만, 100GW의 AI 컴퓨팅 용량은 궤도 발사 수요를 60배 더 증가시킬 것입니다. 결과적으로 이러한 수요 증가는 발사 비용을 더욱 낮추는 데 기여할 것입니다.

출처: 아크 투자

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태양광 발전에 완벽합니다

우주에는 태양 에너지가 풍부합니다. 대기 손실 없이 직사광선을 받기 때문에 동일한 공칭 용량에서 최대 4배의 출력을 낼 수 있습니다. 적절한 궤도에 있으면 24시간 내내 끊임없이 빛을 발하기 때문에 훨씬 더 안정적입니다.

이는 지상 태양광 발전의 한계를 극복하는 것입니다. 이론적으로 이는 태양 에너지 발전의 최종 형태가 될 수 있습니다. 그러나 지구로 에너지를 다시 가져오는 데 어려움이 있기 때문에 경제적으로 실현 가능하려면 초저가 발사 비용이나 궤도상 생산 기술이 필요할 것입니다.

또는, 육상 태양광 발전소를 비추는 더 간단한 궤도 거울을 사용하는 방안도 있으며, 이는 다음과 같이 주장됩니다. 반사 궤도빛을 마이크로파로 변환하는 과정에서 발생하는 손실을 건너뛸 수 있습니다.

반면, 궤도상에서 전력을 사용하는 경우에는 이러한 단계가 전혀 필요하지 않습니다. 계산이 완료되면 위성 대역폭이 빠르게 향상됨에 따라 표준 통신 방식을 사용하여 결과 데이터를 지구로 전송할 수 있습니다.

자연 냉각

우주 기반 AI 데이터 센터의 또 다른 독특한 장점은 냉각입니다. 태양 복사에 노출되지 않을 때 우주는 극도로 차가워서 지구 또는 자체 태양광 패널의 그림자에 가려진 우주선의 경우 영하 148도(섭씨 -100도)에 이릅니다.

지상 데이터 센터 에너지 소비량의 상당 부분은 냉각에서 발생합니다. 북극이나 심지어 성층권에서도 제안된 바와 같이 우주는 자연적인 이점을 제공합니다. 이를 위해서는 열을 방출하기 위한 대규모 수동 냉각 시스템이 필요할 가능성이 높지만, 이는 기술적으로 실현 가능합니다.

어디에나 존재하는 위성 정보

SpaceX와 그 광대역 위성 네트워크는 궤도 환경을 완전히 바꿔놓았으며, 스타링크 위성은 궤도에 있는 전체 위성의 약 절반을 차지합니다.

출처: 아크 투자

이로 인해 위성 대역폭 비용이 기하급수적으로 감소하여 2020년에서 2024년 사이에 거의 100배 가까이 떨어졌으며, 스타십 비행을 통해 추가적인 비용 절감이 예상됩니다.

출처: 아크 투자

우주 통신이 보편화되고 비용이 저렴해짐에 따라, 궤도 데이터 센터는 별도의 설비를 구축할 필요 없이 기존 네트워크를 활용하여 지구와 통신할 수 있게 되었습니다. 나아가, 고밀도 위성 네트워크는 연료 보급이나 예인과 같은 추가적인 유지보수 서비스를 가능하게 하여 위성 자산의 수명을 연장할 수 있습니다.

공간과 지상 기반 시설 분리

궤도상의 AI 데이터 센터는 일반 전력망에 연결되지 않기 때문에 지구의 전력 가격에 영향을 미치지 않습니다. 오히려 태양광 기술에 대한 수요 증가로 인해 전 세계적으로 태양 에너지 가격이 저렴해질 것입니다.

게다가 이러한 센터들은 수년이 걸릴 수 있는 지상 전력망 업그레이드를 기다릴 필요가 없습니다. 또한 이 과정은 토지와 귀중한 수자원을 사용하지 않으므로 전반적인 경제성을 향상시킵니다.

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브로드 컴

GPU 제조업체와 AI 모델 개발업체 외에도 데이터 센터용 연결 장비 및 특수 IT 장비를 생산하는 기업들이 AI 붐의 주요 수혜자입니다. 이 분야의 대표적인 기업 중 하나는 닷컴 시대부터 뿌리를 둔 기술 대기업인 브로드컴입니다.

2016년 브로드컴과 아바고의 합병 이후, 회사의 사업은 인프라 소프트웨어와 연결 하드웨어(무선, 서버, AI 네트워크 등)로 나뉘어 운영되고 있습니다.

출처: 브로드 컴

인공지능 관련 활동 중 또 하나 성장하고 있는 것은 CPU, GPU, 메모리를 하나의 전자 장치로 통합한 XPU의 설계 및 제조입니다. 브로드컴은 ASIC(응용 분야별 집적 회로) 생산 경험을 활용하여 인공지능 컴퓨팅에 특화된 칩을 개발하고 있습니다.

출처: 브로드 컴

이러한 고밀도, 고효율 컴퓨팅 장치는 성능과 무게 사이의 최적화된 균형이 요구되는 궤도 인공지능에 완벽하게 적합합니다. ASIC의 높은 에너지 효율성 또한 장점인데, 전력 소비가 적기 때문에 궤도에 필요한 태양광 패널의 무게를 줄일 수 있기 때문입니다.

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