Ẩn bên trong Trung tâm Khoa học Sự sống thuộc Đại học Quốc gia Singapore (NUS) là một trung tâm dữ liệu đặc biệt, nơi “nhịp sống” vẫn đang diễn ra. Không giống các trung tâm máy chủ truyền thống sử dụng chip silicon, cơ sở này xử lý dữ liệu bằng tế bào não người sống.
Cứ ba ngày một lần, các kỹ thuật viên phòng thí nghiệm lại cung cấp cho những tế bào não này hỗn hợp gồm đường, vi chất dinh dưỡng và chất đệm pH. Một hệ thống trộn khí đưa carbon dioxide, oxy và nitơ vào môi trường nuôi cấy, tạo thành hệ thống hỗ trợ sự sống dành riêng cho các tế bào.
Đây là dự án do Cortical Labs, một công ty công nghệ sinh học khởi nghiệp của Úc, phát triển và chính thức đi vào hoạt động ngày 16/7. Cortical Labs hợp tác với NUS và nhà vận hành trung tâm dữ liệu DayOne để triển khai mô hình này tại Singapore, phục vụ nghiên cứu và phát triển nội bộ của các bên. Quan hệ hợp tác được công bố lần đầu vào tháng 3.
Cortical Labs cũng đã thương mại hóa một trung tâm dữ liệu sinh học tương tự tại Melbourne, cơ sở đầu tiên thuộc loại này trên thế giới.
Chong Hon Weng, nhà sáng lập kiêm Giám đốc điều hành Cortical Labs, cho biết trung tâm dữ liệu sinh học phù hợp hơn với những ứng dụng có lượng dữ liệu huấn luyện hạn chế hoặc hoạt động trong môi trường có tính biến động cao.
Ông lấy ví dụ về robot hình người hoạt động tại các không gian công cộng, nhà ở, văn phòng hoặc nhà máy, nơi điều kiện thực tế luôn thay đổi.
“Không có đủ dữ liệu trong thế giới thực để huấn luyện robot hình người thực hiện mọi nhiệm vụ chúng ta muốn bằng các máy chủ truyền thống,” ông Chong nói trong chuyến tham quan cơ sở ngày 7/8.
Chẳng hạn, để dạy một robot di chuyển từ điểm này đến điểm khác, có thể cần một lượng dữ liệu huấn luyện khổng lồ mô phỏng các môi trường thực tế khác nhau.
Theo ông Chong, trung tâm dữ liệu sinh học cũng phù hợp với các ứng dụng an ninh mạng, chẳng hạn phát hiện những bất thường mà không cần lượng dữ liệu huấn luyện quá lớn.
“Giải pháp là bảo đảm lượng dữ liệu hạn chế vẫn có thể được sử dụng một cách hiệu quả,” ông nói. Điều này tương tự cách con người có thể học từ chỉ một vài ví dụ rồi áp dụng kiến thức đó ngay cả khi hoàn cảnh thay đổi.
Máy tính sử dụng tế bào não
Trung tâm dữ liệu sinh học đầu tiên của Singapore hiện gồm 20 máy tính sinh học CL1. Mỗi CL1 chứa ít nhất 200.000 tế bào thần kinh được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, đặt trên một chip silicon được tích hợp các điện cực.
Những tế bào thần kinh sống này được tạo ra từ các tế bào máu đã được tái lập trình thành tế bào gốc. Chúng trao đổi tín hiệu điện với máy tính, trong đó hoạt động thần kinh được chuyển đổi thành năng lực tính toán.
Cortical Labs có kế hoạch tăng số lượng lên 1.000 CL1, sau khi được cơ quan chức năng phê duyệt và hoàn tất các cuộc kiểm tra về hiệu quả năng lượng cũng như an toàn.
Cơ sở tại Melbourne hiện vận hành 120 CL1, với khoảng 20 khách hàng trả phí, gồm các bộ phận nghiên cứu của doanh nghiệp và trường đại học đang thử nghiệm những ứng dụng trong robot và trò chơi điện tử.
Khách hàng phải trả 2.200 USD/tháng để sử dụng năng lực tính toán của một CL1. Mức phí này chỉ bằng khoảng một nửa so với 4.300 USD/tháng mà các nền tảng điện toán đám mây lớn tính cho việc thuê một chip AI cao cấp để huấn luyện và vận hành các mô hình AI.
Tuy nhiên, ông Chong thừa nhận chip silicon truyền thống vẫn vượt trội về tốc độ, độ chính xác và khả năng thực hiện các phép tính lặp lại — những yếu tố nền tảng cho các mô hình ngôn ngữ lớn như ChatGPT.
Một ưu điểm lớn của trung tâm dữ liệu sinh học là mức tiêu thụ năng lượng thấp, bởi các tế bào não không tạo ra lượng nhiệt lớn như máy chủ và không cần hệ thống làm mát công suất cao.
Tại Singapore, nhu cầu điện và nước của các trung tâm dữ liệu truyền thống từng lớn đến mức chính phủ phải tạm dừng cấp phép xây dựng các cơ sở mới vào năm 2019 để hoạch định hướng phát triển số xanh hơn.
Năm 2019, các trung tâm dữ liệu chiếm khoảng 5,3% tổng lượng điện tiêu thụ của Singapore. Con số này tăng lên 7% vào năm 2020 khi đại dịch COVID-19 thúc đẩy quá trình số hóa.
Ngược lại, tế bào não tiêu thụ rất ít năng lượng và không cần làm mát. Theo ông Chong, mỗi CL1 chỉ tiêu thụ khoảng 30 watt, thấp hơn cả một chiếc máy tính cầm tay, kể cả khi tính cả hệ thống hỗ trợ sự sống.
Trong khi đó, một chip AI silicon như Nvidia H100 SXM có thể tiêu thụ tới 700 watt khi thực hiện các tác vụ tính toán nặng. Một máy chủ trung tâm dữ liệu được trang bị 8 chip H100 có thể tiêu thụ tổng cộng khoảng 10.200 watt, bao gồm cả năng lượng dành cho các thiết bị hỗ trợ.
“Singapore là một trung tâm kết nối cáp quang lớn của khu vực châu Á – Thái Bình Dương, vì vậy đây đương nhiên là địa điểm rất quan trọng đối với các trung tâm dữ liệu, vốn cần kết nối tốc độ cao để truyền lượng dữ liệu khổng lồ. Tuy nhiên, Singapore có những hạn chế về điện và nước, và công nghệ của chúng tôi có thể giúp giải quyết vấn đề đó,” ông Chong nói.
Hướng tới sản xuất tế bào não quy mô lớn
Cơ sở tại NUS sẽ giúp Cortical Labs xác định nhu cầu nhân lực cũng như các kỹ năng cần thiết nếu công nghệ này được thương mại hóa tại Singapore.
“Bằng cách xác định chính xác những tế bào thần kinh và tế bào hỗ trợ nào hoạt động hiệu quả nhất khi kết hợp với nhau, chúng tôi có thể xây dựng cơ sở khoa học cho việc sản xuất quy mô lớn các loại tế bào này, được thiết kế riêng cho hoạt động của trung tâm dữ liệu,” Rickie Patani, giáo sư thần kinh học tại Trường Y Yong Loo Lin thuộc NUS, người phụ trách trung tâm dữ liệu sinh học, cho biết.
Giáo sư thần kinh học Rickie Patani (trái) và Hon Weng Chong, nhà sáng lập kiêm CEO Cortical Labs, tại trung tâm dữ liệu sử dụng tế bào não ở NUS ngày 7/8. Ảnh: Straits Times
Một nhà nghiên cứu đang cho tế bào não được sử dụng trong trung tâm dữ liệu sinh học tại NUS “ăn” dưỡng chất ngày 7/8. Ảnh: Straits Times
Một nhà nghiên cứu xử lý một mảng vi điện cực chứa các tế bào thần kinh tại trung tâm dữ liệu sử dụng tế bào não ở NUS ngày 7/8. Ảnh: Straits Times
