구글, TPU를 궤도에 올리고 우주 데이터센터의 비용을 계산하기 시작하다

구글은 자사의 첫 맞춤형 텐서 처리 장치(TPU)를 지구 저궤도로 발사했으며, 스페이스X 로켓에 탑재해 위성 제조사 플래닛 랩스와 협력해 '선캐처(Suncatcher)'라고 부르는 프로젝트를 진행했다.

이 프로토타입은 데이터센터가 아니다. 소형 위성에 탑재된 단일 칩이며, 이번 비행의 목적은 좁은 범위의 엔지니어링 질문에 답하는 것이다. TPU가 우주에서 스스로 과열되지 않고, 방사선으로 인한 논리 오류가 누적되지 않으며, 임무에 필요한 것보다 빠르게 성능이 저하되지 않고 작동할 수 있을까? 답을 시도하기 위해서라도 위성은 지속적으로 1킬로와트의 전력을 공급하고 칩을 15분 단위로 작동시켜야 한다.

왜 이런 일을 하는가

궤도 컴퓨팅의 명분은 진지하게 들여다보면 단순하다. 지상 데이터센터는 전력과 냉각이라는 두 가지 강한 제약에 동시에 부딪히고 있다. 궤도의 태양광 패널은 구름 없이 햇빛을 받고, 결코 따뜻해지지 않는 진공으로 열을 복사한다. 이론적으로 이는 지구상의 건물이 따라올 수 없는 전력 및 냉각 환경이다.

실제로는 물리 법칙이 반대로 작용한다. 진공은 대류로 열을 운반하지 않으므로 위성은 폐열을 복사로 방출해야 하는데, 이는 느리고 넓은 표면을 요구한다. 수리할 수 없는 하드웨어는 과도하게 설계할 수밖에 없는 하드웨어다. 방사선은 데이터센터 운영자가 전혀 고민할 필요가 없는 방식으로 메모리의 비트를 뒤집는다.

구글의 이번 비행은 궤도 데이터센터가 경제성을 갖추려면 얼마나 많은 발사가 필요한지 모델링한 학술지 '줄(Joule)' 논문과 함께 발표됐다. 칩 자체보다 이 질문이 진짜 핵심이다. 작동하는 TPU 하나는 칩이 여정을 견딜 수 있음을 증명한다. 그러나 그러한 칩을 대규모로 배치했을 때 수익을 낼 수 있는지에 대해서는 거의 말해주지 않는다.

마케팅 뒤에 숨은 승부수

선캐처의 흥미로운 점은 제품 출시가 아니라 실험처럼 운영된다는 것이다. 가격 페이지도, 대기자 명단도 없다. 칩 하나, 전력 예산, 그리고 배제해야 할 고장 모드 목록이 있을 뿐이다.

그렇게 읽는 것이 맞다. 구글은 당신의 다음 추론 작업이 우주에서 실행될 것이라고 주장하지 않는다. 훨씬 더 큰 규모를 정당화할 만큼 구성 요소들이 잘 맞물리는지 시험하는 것이다. 가장 중요한 두 변수는 발사 비용과 칩 수명이다. 발사 비용은 급격히 떨어졌고 계속 떨어지고 있다. 궤도에서의 수명은 미해결 문제이며, 이 프로토타입이 탐구하도록 설계된 바로 그것이다.

15분 작동 창은 단서다. 고전력 가속기를 연속이 아니라 간헐적으로 작동시킨다는 것은 열 및 전력 여유가 빠듯하며, 팀이 위성이 방출해야 하는 열의 양을 신중히 고려하고 있음을 시사한다. 생산 시스템이 단순한 호기심 이상이 되려면 15분보다 훨씬 오래 작동해야 한다.

지상의 서버 랙이 위성이 할 수 없는 일을 생각해 보라. 기존 전력망에서 안정적으로 전력을 끌어오고, 냉각된 공기로 열을 방출하며, 건물까지 차로 이동한 기술자가 열고 수리하고 업그레이드할 수 있다. 그러한 편의는 하나하나 궤도에서 처음부터 다시 구축해야 하며, 어느 것도 저렴하지 않다.

조용한 경쟁

궤도 컴퓨팅은 진지함의 경계에 있는 아이디어 중 하나로, 실제 엔지니어링을 끌어들일 만큼 인기가 있고 대부분의 자금이 여전히 다른 곳으로 흘러갈 만큼 투기적이다. 구글만 이 문제를 들여다보는 것이 아니며, 모든 플레이어의 계산은 달라진다. 이미 발사 능력을 보유한 기업은 발사체를 구매해야 하는 기업과 기준점이 다르다.

기업들이 공식적으로 거의 논의하지 않는 지정학적 층위도 있다. 궤도 데이터센터는 어느 한 나라의 토지 이용 규제를 받지 않지만, 발사와 지상국을 소유한 주체의 영향은 크게 받는다. 우주는 관할권을 제거하지 않는다. 관할권을 다른 곳으로 옮길 뿐이다.

그러한 재배치는 양날의 검이다. 한편으로 위성은 허가를 구하지 않고 국경을 넘는다. 다른 한편으로 위성과 통신하는 지상 부문은 엄연히 국가 영토 안에 있으며, 궤도에 도달하는 로켓은 소수의 정부가 통제하는 소수의 발사대에서 발사된다. 자유는 실재하지만 조건부이며, 이는 규제 당국이 결국 주목하는 조합이다.

지상 부문 문제

궤도의 데이터센터는 연결 링크의 품질만큼만 유용하다. 모든 추론 작업은 위성까지 올라갔다가 돌아와야 하며, 그 왕복은 수가 제한되고 위치가 경쟁적이며 날씨에 제약을 받는 지상국을 거친다. 대기를 통과하는 무선 링크는 건물 내부의 광케이블보다 느리고 덜 안정적이다. 사용자에게 실시간으로 토큰을 스트리밍해야 하는 모델은 하늘을 두 번 통과하는 경로를 감당할 수 없다. 칩보다 이 제약이 궤도 컴퓨팅이 실제로 어떤 워크로드를 처리할 수 있는지 결정할 것이다. 지연을 견디는 배치 작업은 위성이 머리 위를 지나갈 때까지 기다릴 수 있다. 대화형 작업은 그럴 수 없으며, AI 추론의 대부분의 수익은 대화형에 있다.

해야 할 비교

선캐처를 경쟁 대상인 추세와 나란히 놓고 보면 도움이 된다. 지상 데이터센터는 덜 효율적이 되는 것이 아니라 더 효율적으로 변하고 있으며, 업계는 동일한 전력 범위에 더 많은 컴퓨팅을 집어넣을 방법을 계속 찾고 있다. 냉각은 공랭에서 액체 냉각, 침수 냉각으로 이동했고, 각 단계는 이전에는 없던 여유를 확보해 주었다.

궤도 컴퓨팅은 5년 전의 데이터센터가 아니라 계속 움직이는 그 목표를 이겨야 한다. 우주에 대한 논거는 토지, 물, 전력망 전력이 구속 조건일 때 항상 가장 강력했으며, 그러한 제약은 바로 지난 10년간 지상 엔지니어링이 꾸준히 완화해 온 것이다. 그것이 궤도 사업의 명분을 죽이지는 않는다. 다만 '발사할 가치가 있다'는 것의 기준을 높인다.

진전으로 간주할 것

세 가지를 지켜보라. 첫째, TPU가 방사선으로 인한 중대한 고장 없이 의도한 임무 수명을 견디는지. 둘째, 줄(Joule) 모델의 발사량 추정치가 낮아지는지, 그것이 궤도 컴퓨팅을 데모에서 계획으로 옮길 것이기 때문이다. 셋째, 누군가 더 큰 플랫폼으로 뒤따르는지, 위성 한 대의 칩 하나로는 함대를 검증할 수 없기 때문이다.

이것들이 유지된다면 흥미로운 질문은 기술을 떠나 경제적인 것이 된다. 지구의 데이터센터는 토지, 전력, 물, 그리고 인근 주민의 인내에 제약을 받는다. 우주는 이웃과 날씨를 제거하는 대신 발사 일정과, 위성이 한번 올라간 뒤에는 어떤 대가를 치러도 해결할 수 없는 수리 비용을 안겨준다.

그 거래가 아직 명백히 좋은 것은 아니다. 하지만 더 이상 명백히 터무니없지도 않으며, 궤도에서 작동하는 칩 하나만으로도 질문을 열어 두기에는 충분하다. 아직 아무것도 한 단위도 판매하지 않은 프로젝트라면, 그것이 애초에 하려던 전부일 수 있다.