元NASA科学者がマスク氏に反論！宇宙でデータセンター建設は有人ミッションよりも荒唐無稽

元NASAエンジニア兼Googleクラウド専門家のTaranis氏が、宇宙にデータセンターを建設するという発想を痛烈に批判し、「まったく非現実的でひどいアイデアだ」と述べています。宇宙エレクトロニクスの博士号を持ち、Googleで10年間勤務した専門家として、彼は電力・冷却・放射線耐性・通信という4つの観点から、このコンセプトの致命的な欠陥をひとつずつ解説しています。

NASA専門家の経歴とISS宇宙飛行士の作業経験からの示唆

（出典：ボーイング）

資格を明確にするため、記事の著者は元NASAエンジニア兼科学者であり、宇宙エレクトロニクスの博士号を持っています。また、Googleで10年間勤務し、YouTubeやAI計算能力のクラウド部門など、社内のさまざまな部門で働いてきました。このように、宇宙工学とクラウドコンピューティングの両分野に精通していることから、このトピックに関して非常に高い見識を持っています。

彼は記事の冒頭で「これは絶対に悪いアイデアで、本当にまったく理にかなっていない」と断言しています。理由はたくさんありますが、要するに、データセンターを運用するための電子機器、特にGPUやTPUでAI計算能力を展開するデータセンターは、宇宙での運用にまったく適していないということです。この分野で働いたことがない人には直感的に思えるかもしれませんが、宇宙機器が宇宙で実際に稼働する現実は、必ずしも明白とは限らないと読者に注意を促しています。

このような警告は、NASAでの実体験から来ています。宇宙環境が電子機器に与える挑戦は想像以上であり、国際宇宙ステーション（ISS）で働く宇宙飛行士でさえ、地上にはない多くの技術的課題に対処しなければなりません。ISSのあらゆるシステムは、真空・放射線・極端な温度差に対応するために入念に設計されており、その設計はしばしば性能の妥協や莫大なコストを意味します。

電力供給：ISS規模の太陽光パネルでもGPUは200台分しか稼働できない

宇宙にデータセンターを建設したい理由の一つとして、「宇宙には十分な電力がある」という認識があるようですが、NASAエンジニアはそれが事実ではないと指摘します。基本的に選択肢は太陽光発電と原子力です。太陽光発電は太陽電池付きのパネルを設置することを意味しますが、地上より格段に優れているわけではありません。大気圏を通過することで失われる電力はそれほど多くないため、必要な面積の直感はだいたい正しいと言えます。

宇宙でこれまでに設置された最大の太陽光パネルは国際宇宙ステーション（ISS）のシステムで、ピーク時に200kW強の電力を供給できます。このシステムの設置には複数回のスペースシャトル飛行と多くの宇宙飛行士の作業が必要で、その面積は約2,500平方メートル、アメリカンフットボール場の半分以上の大きさです。

NVIDIA H200を基準にすると、1つのGPUデバイスの消費電力は1チップあたり約0.7kW。個別運用はできず、電源変換効率も100%ではないため、実際には1GPUあたり1kW程度が妥当な目安です。つまり、ISS規模の巨大アレイでも約200基のGPUしか稼働できません。

電力需要の比較

ISS太陽光パネル：200kWピーク、2,500平方メートル

H200 GPU1台：1kW実消費電力

ISS規模で稼働可能なGPU数：約200台（地上のサーバーラック3台分に相当）

OpenAIノルウェーデータセンター計画：100,000台のGPU

OpenAIの規模を実現するには、ISSと同等の巨大な衛星を500基打ち上げる必要があります。単独のサーバーラックには72台のGPUが収容可能なので、巨大衛星1基は地上の約3ラック分しかまかなえません。原子力も解決策にはならず、放射性同位体熱電発電機（RTG）の典型的な出力は50W～150W程度で、GPU1台すら動かせません。

冷却の悪夢：真空環境で対流冷却は完全に機能しない

多くの人がこの発想に対して「宇宙は冷たいから冷却は簡単だろう」と考えるかもしれませんが、NASAエンジニアの答えは「うーん…全然そんなことはない」です。

地球上では冷却は比較的簡単です。空気対流がよく効き、ヒートシンクに風を当てればかなり効率的に熱を空気に逃がすことができます。より高いパワー密度が必要なら、液冷でチップから大型ヒートシンクに熱を移動できます。しかし宇宙には空気がありません。ほぼ完全な真空なので、対流はまったく発生しません。

宇宙自体に温度はなく、物質だけが温度を持ちます。地月系では、平均的な温度はほぼ地球の平均温度と同等です。衛星が回転しなければ、太陽の反対側は約4ケルビン（絶対零度よりわずかに高い）まで冷えます。太陽側は数百度まで加熱されることもあります。したがって、熱管理には非常に入念な設計が必要です。

著者は宇宙を飛行するカメラシステムを設計した経験があり、熱管理が設計の核心でした。ピーク時で最大1ワット、アイドル時には10%程度まで消費電力を抑える設計でした。すべての電力は熱に変わるため、回路基板のエッジをラックにボルト締めして熱を逃がしていました。

たった1台のH200を冷却するだけでも絶望的な困難です。ヒートシンクやファンはまったく役に立たず、液冷バージョンでも熱をどこかの放射板に伝え、そこから宇宙に放射しなければなりません。ISSのアクティブ熱制御システム（ATCS）はアンモニア冷却回路と大型放射板システムを使用し、放熱制限は16kW、つまりH200換算で16台分、地上の1ラックの約1/4程度です。放射板のサイズは13.6m x 3.12m（約42.5平方メートル）。

200kWを基準にすると、12.5倍の規模、つまり531平方メートル、太陽光パネルの約2.6倍のサイズが必要です。これはISSを超える巨大な衛星となり、しかも地上の標準サーバーラック3台分の計算能力にすぎません。

放射線の脅威：GPUチップは宇宙線下で宇宙飛行士と同様に無防備

（出典：ウィキペディア）

ここから著者の博士研究分野に入ります。仮に宇宙で電子機器に給電・冷却できたとしても、放射線耐性の問題が残ります。宇宙には主に2種類の放射線源があります：太陽からのものと深宇宙からのものです。これは基本的に光速のかなりの割合で動く荷電粒子（電子から原子核まで）であり、これらがチップ材料に衝突することで直接損傷を与えます。

最も一般的な影響は単一事象反転（SEU）で、粒子がトランジスタを通過して本来発生しないはずのパルスを一時的に発生させます。これによってビットが反転するとSEUと呼ばれます。さらに悪いのは単一事象ラッチアップで、荷電粒子のパルスによって電源レールの電圧が異常になり、本来接続されるべきでない電源レール間に通路が生まれ、ゲートを永久に焼損させることがあります。

より長期間のミッションでは、総線量効果も考慮が必要です。長期間の粒子衝突によってチップ内の微細なFETの切り替えが徐々に遅くなり、結果として最大クロック周波数が時間とともに低下し、消費電力は増加します。

GPUやTPU、その高帯域幅RAMは放射線耐性という点では最悪のケースです。微細なトランジスタはSEUやラッチアップの影響を受けやすいのです。宇宙用に設計されたチップはまったく異なるゲート構造と大型ジオメトリを採用し、一般に性能は2005年当時のPowerPC程度です。この方法でGPUやTPUを製造することも理論上は可能ですが、性能は現在の地上用GPU/TPUのごく一部にとどまります。

通信ボトルネックと結論

ほとんどの衛星は地上と無線通信しており、1Gbpsを超える速度を安定して得るのは困難です。地上の標準的なサーバーラックではラック間100Gbpsの接続が低速と見なされるので、この点でも大きなギャップがあります。NASAエンジニアはこうまとめます。「もし本当にやりたいなら、不可能ではないが、極めて困難で地上のデータセンターに比べてコストが不釣り合いに高く、せいぜい平凡な性能しか得られないだろう。私からすれば、これは壊滅的に悪いアイデアだと思う。」