Gần đây, Google đã công bố Dự án Suncatcher, một dự án nghiên cứu đầy tham vọng với mục tiêu xây dựng một trung tâm dữ liệu trong không gian. Tập đoàn công nghệ này dự định sử dụng một chòm vệ tinh chạy bằng năng lượng mặt trời, vận hành trên các chip TPU do chính Google phát triển và truyền dữ liệu cho nhau thông qua liên kết laser.
Các chip TPU (tensor processing unit) của Google, được thiết kế chuyên biệt cho học máy, hiện đã được sử dụng để vận hành mô hình AI mới nhất của hãng là Gemini 3. Dự án Suncatcher sẽ tìm hiểu liệu các chip này có thể được điều chỉnh để chịu được bức xạ và những điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt, đồng thời hoạt động ổn định trên quỹ đạo hay không. Dự án đặt mục tiêu triển khai hai vệ tinh nguyên mẫu lên quỹ đạo Trái Đất thấp, ở độ cao khoảng 650km so với bề mặt Trái Đất, vào đầu năm 2027.
Các đối thủ của Google cũng đang khám phá hướng đi điện toán trong không gian. Elon Musk từng nói SpaceX “sẽ làm các trung tâm dữ liệu trong không gian”, ám chỉ rằng thế hệ vệ tinh Starlink tiếp theo có thể được mở rộng để đảm nhiệm việc xử lý dữ liệu. Một số công ty nhỏ hơn, trong đó có startup Starcloud của Mỹ, cũng đã công bố kế hoạch phóng các vệ tinh được trang bị chip GPU (bộ xử lý đồ họa), loại chip được sử dụng trong hầu hết các hệ thống AI hiện nay.
Lý do khiến ý tưởng trung tâm dữ liệu trong không gian trở nên hấp dẫn là vì chúng có thể tránh được nhiều vấn đề mà các trung tâm dữ liệu trên Trái Đất đang đối mặt, đặc biệt là về năng lượng và làm mát. Các hệ thống ngoài không gian có dấu chân môi trường thấp hơn đáng kể và về mặt lý thuyết, việc mở rộng quy mô cũng có thể dễ dàng hơn.
Như CEO Google Sundar Pichai từng nói: “Chúng tôi sẽ gửi những cụm máy rất, rất nhỏ lên vệ tinh, thử nghiệm chúng, rồi từ đó bắt đầu mở rộng … Tôi hoàn toàn tin rằng, trong khoảng một thập kỷ nữa, đây sẽ được xem là một cách xây dựng trung tâm dữ liệu khá bình thường.”
Giả sử Google thực sự phóng được nguyên mẫu vào năm 2027, liệu đó chỉ là một thử nghiệm kỹ thuật mang tính mạo hiểm – hay là dấu hiệu mở ra một kỷ nguyên mới?
Quy mô của thách thức
The Conversation vào đầu năm 2025 từng có một bài báo phân tích những thách thức của việc đưa trung tâm dữ liệu lên không gian, với sự thận trọng về khả năng điều này sớm có thể trở thành hiện thực.
Tuy nhiên, Dự án Suncatcher giờ đây là một chương trình cụ thể chứ không còn chỉ là ý tưởng. Việc có mục tiêu rõ ràng, mốc thời gian phóng và phần cứng xác định đánh dấu một sự thay đổi quan trọng.
Quỹ đạo của các vệ tinh sẽ là quỹ đạo đồng bộ Mặt Trời, nghĩa là chúng luôn bay qua các khu vực vào lúc bình minh hoặc hoàng hôn, để có thể thu nhận ánh sáng Mặt Trời gần như liên tục. Theo Google, các tấm pin Mặt Trời trên quỹ đạo như vậy có thể tạo ra lượng năng lượng trên mỗi tấm cao hơn đáng kể so với các hệ thống thông thường trên Trái Đất, do không bị mây che, không bị suy giảm bởi khí quyển và không chịu chu kỳ ngày – đêm.
Các thử nghiệm với chip TPU sẽ đặc biệt đáng chú ý. Trong khi phần cứng thiết kế cho không gian thường phải được che chắn rất kỹ để chống bức xạ và nhiệt độ cực đoan, Google lại sử dụng chính những con chip đang vận hành trong các trung tâm dữ liệu trên Trái Đất.
Công ty đã tiến hành các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, chiếu bức xạ từ chùm proton lên chip, và kết quả cho thấy chúng có thể chịu được liều bức xạ gần gấp ba lần mức dự kiến trong không gian. Đây là một tín hiệu rất tích cực, nhưng việc duy trì hiệu suất ổn định trong nhiều năm, giữa các cơn bão Mặt Trời, mảnh vỡ không gian và sự dao động nhiệt độ, sẽ là một phép thử khó khăn hơn rất nhiều.
Một thách thức khác nằm ở quản lý nhiệt. Trên Trái Đất, máy chủ được làm mát bằng không khí hoặc nước. Trong không gian, không có không khí và cũng không có cách đơn giản để tản nhiệt. Toàn bộ nhiệt lượng phải được thải ra thông qua các bộ tản nhiệt, vốn thường trở thành một trong những bộ phận lớn và nặng nhất của tàu vũ trụ.
Các nghiên cứu của NASA cho thấy, ở mức công suất cao, hệ thống tản nhiệt có thể chiếm hơn 40% tổng khối lượng của hệ thống năng lượng. Việc thiết kế một hệ thống gọn nhẹ nhưng vẫn giữ được phần cứng AI dày đặc trong giới hạn nhiệt độ an toàn là một trong những khía cạnh khó nhất của khái niệm Suncatcher.
Một trung tâm dữ liệu trong không gian cũng phải tái tạo được hạ tầng mạng băng thông cao, độ trễ thấp giống như các trung tâm dữ liệu trên mặt đất. Nếu hệ thống truyền thông laser (mạng quang học) mà Google đề xuất có thể hoạt động ở mức dung lượng nhiều terabit như yêu cầu, thì vẫn còn rất nhiều rào cản kỹ thuật lớn cần vượt qua.
Những thách thức này bao gồm việc duy trì sự căn chỉnh chính xác giữa các vệ tinh chuyển động nhanh, cũng như xử lý hiện tượng trôi quỹ đạo, khi vệ tinh dần lệch khỏi quỹ đạo dự kiến. Các vệ tinh cũng phải duy trì được các liên kết ổn định với trạm mặt đất và vượt qua những gián đoạn do thời tiết gây ra. Nếu trung tâm dữ liệu trong không gian muốn khả thi về lâu dài, việc tránh các sự cố sớm là yếu tố sống còn.
Bảo trì cũng là một vấn đề chưa có lời giải. Các trung tâm dữ liệu trên Trái Đất phụ thuộc vào việc bảo dưỡng và nâng cấp phần cứng liên tục. Trên quỹ đạo, việc sửa chữa sẽ đòi hỏi các hệ thống robot hoặc các sứ mệnh phóng bổ sung, vốn vừa tốn kém vừa phức tạp.
Tiếp đó là bài toán kinh tế. Điện toán trong không gian chỉ trở nên khả thi khi đạt được quy mô đủ lớn, và khi chi phí phóng giảm mạnh. Tài liệu về Dự án Suncatcher của Google cho rằng chi phí phóng có thể giảm xuống dưới 200 USD/kg vào giữa những năm 2030, rẻ hơn hiện nay khoảng bảy đến tám lần. Khi đó, chi phí xây dựng có thể tương đương với một số cơ sở tương tự trên Trái Đất. Nhưng nếu vệ tinh phải thay thế sớm, hoặc nếu bức xạ làm rút ngắn tuổi thọ của chúng, các con số này có thể sẽ rất khác.
Tóm lại, một sứ mệnh thử nghiệm với hai vệ tinh vào năm 2027 nghe có vẻ khả thi. Nó có thể kiểm chứng liệu chip TPU có chịu được bức xạ và áp lực nhiệt hay không, liệu nguồn năng lượng Mặt Trời có ổn định, và liệu hệ thống truyền thông laser có hoạt động như kỳ vọng.
Tuy nhiên, ngay cả một cuộc trình diễn thành công cũng chỉ là bước đầu tiên. Nó chưa thể chứng minh rằng các trung tâm dữ liệu quỹ đạo quy mô lớn là khả thi. Để triển khai ở quy mô đầy đủ, tất cả những thách thức nêu trên đều phải được giải quyết. Nếu việc áp dụng thực sự diễn ra, nhiều khả năng nó sẽ kéo dài trong nhiều thập kỷ.
Ở thời điểm hiện tại, điện toán trong không gian vẫn đúng như cách Google mô tả: một dự án nặng về tham vọng, đòi hỏi kỹ thuật cao, nhưng có thể tái định hình tương lai của hạ tầng AI, chưa kể đến mối quan hệ của chúng ta với vũ trụ xung quanh.
Starcloud là một trong những công ty đang tìm cách xây dựng các trung tâm dữ liệu trong không gian. Ảnh: Starcloud
Các vệ tinh Starlink của SpaceX có thể không phải là những vật thể duy nhất quay quanh Trái Đất nếu các trung tâm dữ liệu ngoài không gian trở thành hiện thực. Ảnh: SpaceX
