구글, AI 칩 실은 위성 발사 임박… 우주 데이터센터 실험 본격화

구글의 추론 특화 8세대 AI 칩 ‘TPU 8i’/구글 클라우드

구글의 인공지능(AI) 반도체 ‘텐서처리장치(TPU)’가 다음 달 1일 우주로 향한다. TPU를 탑재한 위성을 저궤도에 올려 실제 우주 환경에서 AI 반도체가 정상적으로 작동하는지 확인한다. 장기적으로 태양광으로 전력을 공급받는 위성들을 연결해 우주에 대규모 AI 연산 인프라를 구축하려는 ‘프로젝트 선캐처(Project Suncatcher)’의 첫 궤도 시험이다.

27일 업계에 따르면 구글은 프로젝트 선캐처의 첫 실험 위성 ‘MVP’를 다음 달 1일 스페이스X의 팰컨9 로켓을 이용한 ‘트랜스포터-18(Transporter-18)’ 공동 탑승 임무를 통해 발사한다. 위성은 위성영상 업체 플래닛(Planet)과 함께 개발했으며, 구글의 TPU 4개가 탑재된다.

냉장고 정도 크기의 MVP에는 약 1킬로와트(㎾)의 전력을 생산하는 태양광 패널이 설치된다. 구글이 지상 데이터센터에서 사용하는 AI 반도체를 실제 우주에 올려 발사 과정의 충격과 우주 방사선, 진공 상태에서의 열 관리 등 각종 환경 변화를 견딜 수 있는지 확인하는 게 이번 임무의 핵심이다. 상업용 AI 데이터센터를 바로 우주에서 운영하는 단계가 아니라 향후 우주 데이터센터 구축에 필요한 실측 자료를 확보하는 시험이다. 구글은 MVP에서 확보한 방사선과 냉각, 연산 안정성 데이터를 향후 우주 기반 AI 인프라 설계에 반영할 계획이다.

구글은 발사에 앞서 지상에서도 TPU와 위성 하드웨어의 내구성을 시험했다. 저궤도까지 약 10분간 올라가는 과정에서 우주선에는 중력의 최대 10배 수준인 가속력이 지속적으로 가해지고, TPU 등 개별 부품에는 50~100배 수준의 힘이 전달될 수 있다. 구글은 위성을 세 축 방향으로 강하게 흔드는 시험을 통해 로켓 발사 때 발생하는 진동을 모사했고 하드웨어가 이를 견디는 것을 확인했다.

방사선 시험도 진행했다. 구글은 미국 캘리포니아대 데이비스 캠퍼스의 크로커 핵연구소에서 6세대 AI 반도체 ‘트릴리움(Trillium)’ TPU에 양성자 빔을 쏘면서 AI 연산을 수행했다. 반도체가 우주 방사선에 노출되면 저장된 데이터의 0과 1이 뒤바뀌는 ‘비트 플립’ 등의 오류가 발생할 수 있기 때문이다.

시험 결과 고대역폭메모리(HBM)에서 이상 현상이 나타나기 시작한 누적 방사선량은 2킬로래드(krad)로, 차폐 장치를 적용한 5년 우주 임무에서 예상되는 750래드보다 약 3배 높았다. TPU 칩 하나에는 최대 15킬로래드까지 방사선을 가했지만 총 이온화선량으로 인한 칩 자체의 고장은 확인되지 않았다.

냉각은 해결해야 할 핵심 과제다. 진공 상태인 우주에서는 지상 데이터센터처럼 공기의 흐름으로 반도체에서 발생하는 열을 식힐 수 없다. 구글은 히트파이프와 방열판을 이용해 TPU의 열을 우주 공간으로 방출하는 냉각 방식을 시험하고 있다.

이번 위성에서는 냉각 능력의 한계 때문에 TPU를 약 15분씩 가동한 뒤 열을 식히기 위해 멈추는 방식을 사용할 예정이다. 시험 과정에서는 구글의 AI 모델 제미나이를 구동하며 TPU의 연산 성능과 온도, 방사선에 따른 오류 등을 확인한다. 뉴욕타임스(NYT)에 따르면 MVP는 약 1년간 우주에서 시험 임무를 수행할 예정이다.

프로젝트 선캐처는 구글이 작년 11월 처음 공개한 장기 연구 프로젝트다. 태양광 패널과 TPU를 장착한 다수의 위성을 저궤도에 띄운 뒤 초고속 광통신으로 연결해 하나의 대규모 AI 연산 시스템처럼 사용하는 것이 목표다. 구글은 적절한 저궤도에서는 태양광 패널이 거의 지속적으로 햇빛을 받을 수 있어 지상보다 최대 8배 높은 발전 효율을 낼 수 있다고 본다. AI 데이터센터 확대로 전력 수요가 급증하는 상황에서 지상의 전력망과 부지에 대한 의존도를 줄일 수 있다는 것이다.

다만 대규모 AI 연산을 위해서는 위성끼리 데이터센터 내부 서버와 비슷한 수준으로 빠르게 데이터를 주고받아야 한다. 구글은 위성 간 초고속 통신을 위해 레이저 기반 자유공간 광통신 기술을 개발하고 있다.

구글은 2027년 위성 2대를 추가로 발사해 TPU와 AI 모델의 우주 작동 성능을 검증하고 위성 간 레이저 통신 기술도 시험할 계획이다. 지난해 지상 시험에서는 단일 광송수신기 쌍으로 양방향 각각 초당 800기가비트(Gbps), 총 1.6테라비트(Tbps)의 전송 속도를 구현했다.

구글은 위성 발사 비용이 현재 추세대로 낮아질 경우 2030년대 중반에는 1킬로그램(㎏)당 200달러 아래로 떨어질 수 있다고 분석했다. 이 수준에서는 우주 데이터센터의 발사·운영 비용이 같은 연산 능력을 갖춘 지상 데이터센터의 전력 비용과 비슷해질 가능성이 있다고 보고 있다.

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