Google phóng vệ tinh cỡ tủ lạnh, mở đường cho trung tâm dữ liệu AI ngoài không gian -

Google vừa đưa một vệ tinh có kích thước tương đương một chiếc tủ lạnh lên quỹ đạo, mở đầu Project Suncatcher, dự án nghiên cứu nhằm đặt nền móng cho các trung tâm dữ liệu AI trong không gian sử dụng năng lượng Mặt Trời.
Vệ tinh nguyên mẫu của Project Suncatcher được phóng trong nhiệm vụ chia sẻ chuyến bay Transporter-18 bằng tên lửa Falcon 9 từ Căn cứ Không gian Vandenberg ở California lúc 14 giờ 32 ngày 1-10 theo giờ miền Đông Mỹ, tương đương 1 giờ 32 ngày 2-10 theo giờ Việt Nam.
Vệ tinh mang 4 chip Tensor Processing Unit (TPU) do Google thiết kế cho các tác vụ học máy và đang được sử dụng trong các trung tâm dữ liệu trên Trái Đất. Các chip này sẽ chạy mô hình AI Gemma có trọng số mở của Google trong khoảng 15 phút mỗi lần do những hạn chế về kiểm soát nhiệt.
Google cho biết sứ mệnh nhằm đánh giá khả năng hoạt động của TPU trước “tác động vật lý của chuyến bay vào không gian, bức xạ và những điều kiện nhiệt độ khắc nghiệt trong không gian”.
Đưa hạ tầng AI lên quỹ đạo
Sự phát triển nhanh của AI đang làm nhu cầu xây dựng trung tâm dữ liệu tăng mạnh. Tại hội nghị dành cho nhà phát triển thường niên của Google hồi tháng 5, CEO Sundar Pichai cho biết nhu cầu đối với các dịch vụ AI đang vượt nguồn cung. Ông dự kiến chi phí đầu tư của Google trong năm nay đạt 180-190 tỉ đô la, cao hơn 6 lần so với năm 2022, trong bối cảnh công ty mở rộng hạ tầng tính toán và phát triển chip.
Trong khi các trung tâm dữ liệu trên Trái Đất ngày càng vấp phải phản đối vì tiêu thụ nhiều điện, Google nằm trong số ít công ty nghiên cứu khả năng đưa hạ tầng tính toán lên quỹ đạo. Không gian có nguồn năng lượng Mặt Trời dồi dào và các dự án tại đó không phải đối mặt với những hạn chế về đất đai hay phản ứng của cộng đồng dân cư như các trung tâm dữ liệu trên mặt đất.

“Mặt Trời cung cấp gần như toàn bộ năng lượng trong hệ Mặt Trời. Tất cả những nguồn năng lượng khác mà con người khai thác chỉ chiếm một phần rất nhỏ”, Travis Beals, giám đốc cấp cao phụ trách Project Suncatcher, nói. Theo ông, dự án nhằm tìm cách khai thác nguồn năng lượng này để vận hành các hệ thống tính toán AI một cách hiệu quả.

Vệ tinh thử nghiệm được đưa vào quỹ đạo đồng bộ với Mặt Trời, nơi các tấm pin Mặt Trời gần như không bị Trái Đất che khuất. Nhờ đó, vệ tinh có thể giảm nhu cầu sử dụng các bộ pin lớn hoặc nguồn điện dự phòng.
Ý tưởng đưa AI lên không gian cũng đang thu hút một số công ty khác. Tháng 11 năm ngoái, startup Starcloud được các quỹ đầu tư hậu thuẫn đã phóng một vệ tinh mang chip Nvidia H100 và trình diễn mô hình AI Gemini của Google từ không gian. SpaceX của Elon Musk cũng đang nghiên cứu các trung tâm dữ liệu trên quỹ đạo và cho biết có thể bắt đầu triển khai “vệ tinh tính toán AI trên quỹ đạo” sớm nhất vào năm 2028.
Google phát triển vệ tinh thử nghiệm cùng Planet, công ty chuyên về vệ tinh và ảnh Trái Đất. Về lâu dài, Google hình dung các cụm vệ tinh có thể hoạt động cùng nhau như một trung tâm dữ liệu trên quỹ đạo. Mỗi vệ tinh sẽ mang hàng chục chip TPU và liên lạc với các vệ tinh khác cũng như với Trái Đất bằng tia laser.
Google dự kiến đưa thêm hai vệ tinh lên quỹ đạo vào năm tới để thử nghiệm khả năng kết nối giữa chúng.
Vệ tinh vừa được phóng chỉ là nguyên mẫu mà Beals gọi là “một thử nghiệm rất tối giản”, nhằm kiểm tra xem các chip có thể hoạt động trong môi trường không gian hay không. Sau khi tên lửa SpaceX đưa vệ tinh lên quỹ đạo tối 1-10, Planet sẽ kích hoạt hệ thống để Google bắt đầu kiểm tra các TPU. Sứ mệnh dự kiến kéo dài một năm.
Brandon Lucia, giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại Đại học Carnegie Mellon, nhận định ý tưởng này nghe “rất giống khoa học viễn tưởng”, nhưng phần lớn công nghệ cần thiết đã được chứng minh ở cấp độ nghiên cứu.
Tản nhiệt là thách thức lớn
Một trong những trở ngại lớn nhất là xử lý nhiệt do các chip máy tính tạo ra. Trên Trái Đất, nhiệt có thể được tản bằng không khí hoặc nước. Trong môi trường chân không của không gian, cách này không thể thực hiện tương tự.
“Đặc biệt với một vệ tinh, khi sử dụng nhiều điện hơn để thực hiện các phép tính, bạn phải thải nhiều nhiệt hơn vào một môi trường khép kín bên trong vệ tinh,” Lucia nói.
Google gọi việc làm mát chip là “một thách thức nghiên cứu then chốt”. Công ty đang nghiên cứu nhiều phương án, trong đó có hệ thống đường ống kết hợp với bộ tản nhiệt để truyền nhiệt từ chip ra bên ngoài.
Beals cho biết các bộ tản nhiệt hiện là một trong những bộ phận nặng nhất của vệ tinh thử nghiệm. Đây là một bất lợi đáng kể vì vật thể càng nặng thì chi phí đưa lên quỹ đạo càng cao. Nhóm nghiên cứu đang tìm cách nâng hiệu quả làm mát để giảm khối lượng này.
Bảo trì cũng là một vấn đề lớn. Khi một chip gặp trục trặc tại trung tâm dữ liệu trên mặt đất, kỹ thuật viên có thể trực tiếp đến sửa chữa. Với một hệ thống hoạt động cách Trái Đất hàng trăm km, việc này khó khăn hơn nhiều.
“Tất cả những yếu tố đó đều khiến chi phí và độ phức tạp tăng lên 10 lần, thậm chí 100 lần. Vì vậy, lợi ích thu được phải đủ lớn,” Lucia nói.
Bài toán chi phí vẫn chưa có lời giải
Trung tâm dữ liệu trong không gian có thể sử dụng năng lượng Mặt Trời, nhưng tên lửa đưa chúng lên quỹ đạo vẫn sử dụng nhiên liệu carbon. Các vệ tinh cuối cùng cũng sẽ quay trở lại khí quyển và có thể tạo thêm ô nhiễm khi cháy trong quá trình hồi quyển.
Elon Musk từng nói không gian là “cách duy nhất để mở rộng quy mô” trung tâm dữ liệu nhằm đáp ứng nhu cầu AI trong tương lai. Tuy nhiên, tính hiệu quả về kinh tế của mô hình này vẫn chưa rõ ràng.
Chi phí phóng vẫn cao, việc sửa chữa khó khăn, trong khi truyền dữ liệu bằng tia laser giữa các vệ tinh và từ quỹ đạo xuống mặt đất cũng đặt ra những hạn chế riêng. Ngoài ra, cần một số lượng lớn vệ tinh để đạt năng lực tính toán tương đương một trung tâm dữ liệu trên mặt đất.
“Việc này có thể thực hiện được về mặt kỹ thuật cũng chẳng có nhiều ý nghĩa nếu nó luôn quá đắt đỏ để có thể ứng dụng trong thực tế,” Beals nói.
Theo ông, vẫn khó xác định khi nào trung tâm dữ liệu trong không gian có thể đạt hiệu quả kinh tế. “Tôi không nghĩ trong 5 năm tới chúng ta sẽ thấy chi phí của cách này thấp hơn. Tôi nghĩ sẽ mất nhiều thời gian hơn,” Beals nói.
Ông cũng không cho rằng trung tâm dữ liệu trong không gian sẽ sớm thay thế các trung tâm dữ liệu trên mặt đất.
“Tôi nghĩ sẽ có những tình huống sử dụng phù hợp hơn khi thực hiện trên Trái Đất, và những tình huống sử dụng phù hợp hơn khi thực hiện trong không gian. Về lâu dài, có thể số lượng công việc được thực hiện trong không gian ngày càng tăng, cho đến khi phần lớn hoạt động tính toán diễn ra ở đó. Nhưng trong một thời gian dài, tôi nghĩ cả hai sẽ cùng tồn tại,” Beals nói.
Ông gọi toàn bộ Project Suncatcher là một “canh bạc lớn”. “Sẽ mất rất nhiều thời gian. Đây sẽ không phải là một hành trình hoàn toàn thuận lợi”, Beals nói.