Google chuẩn bị mang AI lên quỹ đạo, mở đường cho trung tâm dữ liệu ngoài Trái Đất

Vệ tinh dự kiến được phóng ngày 1/10 trong nhiệm vụ Transporter 18 bằng tên lửa Falcon 9 của SpaceX. Đây là bước đi đầu tiên của Project Suncatcher, chương trình nghiên cứu nhằm đánh giá liệu không gian có thể trở thành nơi đặt hạ tầng điện toán AI quy mô lớn trong tương lai hay không.

Thay vì xây một vệ tinh hoàn toàn mới, Google hợp tác với công ty ảnh vệ tinh Planet Labs, tích hợp phần cứng AI của mình vào một vệ tinh đã được chế tạo sẵn để đẩy nhanh quá trình thử nghiệm.

Vệ tinh thử nghiệm, được gọi là MVP, có kích thước tương đương một chiếc tủ lạnh và mang theo 4 bộ xử lý Tensor Processing Unit, TPU, loại chip do Google tự phát triển để huấn luyện và vận hành các mô hình AI.

Trên mặt đất, một trung tâm dữ liệu có thể sử dụng hàng nghìn chip như vậy, kéo theo nhu cầu điện rất lớn. Đây cũng là một trong những lý do khiến Google cùng nhiều doanh nghiệp công nghệ bắt đầu quan tâm tới ý tưởng đưa hạ tầng AI lên không gian.

Vì sao đưa trung tâm dữ liệu lên quỹ đạo?

Các hệ thống AI hiện đại tiêu thụ lượng điện ngày càng lớn, trong khi việc xây dựng trung tâm dữ liệu trên mặt đất phải đối mặt với nhiều hạn chế về nguồn điện, đất đai, hạ tầng truyền tải và phản ứng của cộng đồng địa phương.

Trong không gian, các vệ tinh có thể tiếp cận ánh sáng Mặt Trời gần như liên tục ở một số quỹ đạo, mở ra khả năng sử dụng điện mặt trời để cấp năng lượng cho các cụm máy tính AI.

Google không phải doanh nghiệp duy nhất theo đuổi ý tưởng này. SpaceX, Starcloud và một số công ty khác cũng đang nghiên cứu trung tâm dữ liệu trên quỹ đạo, với kỳ vọng tận dụng nguồn năng lượng mặt trời và giảm áp lực lên hệ thống điện dưới mặt đất.

Tuy nhiên, Project Suncatcher hiện vẫn ở giai đoạn thử nghiệm rất sớm.

Vệ tinh đầu tiên chỉ được trang bị các tấm pin Mặt Trời có công suất khoảng 1 kW, tương đương mức tiêu thụ của một chiếc lò vi sóng hoặc máy sấy tóc, thấp hơn rất nhiều so với nhu cầu của một trung tâm dữ liệu AI thực sự.

Google cho biết mục tiêu của nhiệm vụ lần này không phải chứng minh một trung tâm dữ liệu ngoài không gian có thể hoạt động ngay, mà là thu thập dữ liệu thực tế và xác định những điểm yếu của hệ thống.

Chip AI thông thường có chịu được môi trường không gian?

Một trong những câu hỏi lớn nhất là liệu chip TPU vốn được thiết kế cho các trung tâm dữ liệu trên Trái đất có thể hoạt động ổn định trong môi trường quỹ đạo hay không.

Trong các sứ mệnh không gian truyền thống, linh kiện điện tử thường được thiết kế đặc biệt để chịu được bức xạ, nhiệt độ khắc nghiệt và rung động mạnh.

Google lại muốn thử nghiệm chính những chip TPU tương tự loại đang được sử dụng trong các máy chủ dưới mặt đất.

Trong quá trình phóng, phần cứng phải chịu rung động lớn và lực gia tốc mạnh. Khi lên quỹ đạo, bức xạ không gian có thể làm suy giảm linh kiện hoặc gây ra hiện tượng đảo bit, tức dữ liệu trong bộ nhớ hoặc quá trình tính toán bị thay đổi ngoài ý muốn.

Google trước đó đã thử nghiệm TPU trong môi trường mô phỏng tại Đại học California, Davis, trong lúc các chip chạy tác vụ AI.

Tuy nhiên, công ty cho rằng chỉ một chuyến bay thực tế mới cho thấy phần cứng phản ứng thế nào trước sự kết hợp của bức xạ, nhiệt độ, chân không và các điều kiện khắc nghiệt khác.

Trong nhiệm vụ này, Google dự kiến chạy các mô hình Gemini trên TPU để kiểm tra khả năng xử lý AI ngoài không gian.

Tản nhiệt có thể là bài toán khó nhất

Nếu điện năng là một thách thức, tản nhiệt còn có thể khó giải quyết hơn.

Trên Trái đất, trung tâm dữ liệu thường sử dụng không khí hoặc chất lỏng để mang nhiệt ra khỏi chip. Trong chân không của không gian, phương pháp làm mát bằng luồng không khí không thể hoạt động.

Google đang thử nghiệm một hệ thống sử dụng vật liệu giao diện nhiệt nối chip với các ống dẫn nhiệt bằng nhôm và đồng. Nhiệt sau đó được truyền tới các tấm tản nhiệt và phát ra ngoài không gian dưới dạng bức xạ.

Vấn đề nằm ở lượng nhiệt rất lớn mà chip AI tạo ra.

Theo kế hoạch thử nghiệm hiện tại, các TPU chỉ có thể hoạt động liên tục trong khoảng 15 phút. Sau đó hệ thống phải tắt chip để các bộ tản nhiệt có thời gian giải phóng lượng nhiệt tích tụ.

Điều này cho thấy khoảng cách giữa một vệ tinh thử nghiệm với một trung tâm dữ liệu AI thực sự trên quỹ đạo vẫn còn rất lớn.

Một trung tâm dữ liệu tương lai sẽ phải vận hành hàng nghìn chip liên tục, đồng nghĩa hệ thống làm mát cần xử lý lượng nhiệt lớn hơn nhiều lần so với nguyên mẫu hiện nay.

Google muốn tạo mạng lưới vệ tinh AI

Nếu thử nghiệm đầu tiên mang lại kết quả tích cực, Google dự kiến tiếp tục phóng 2 vệ tinh vào năm 2027.

Giai đoạn tiếp theo sẽ tập trung kiểm tra liên kết laser băng thông cao giữa các vệ tinh, một công nghệ quan trọng nếu Google muốn kết nối nhiều vệ tinh thành một cụm điện toán AI khổng lồ trên quỹ đạo.

Về lý thuyết, các vệ tinh có thể trao đổi lượng dữ liệu lớn qua laser, hoạt động giống như các máy chủ trong một trung tâm dữ liệu nhưng được phân bố ngoài không gian.

Trong tầm nhìn dài hạn, Google muốn tạo ra một mạng lưới gồm nhiều vệ tinh điện toán AI hoạt động cùng nhau trên quỹ đạo. Các vệ tinh sẽ phải trao đổi lượng dữ liệu rất lớn với tốc độ cao, tương tự cách các máy chủ được kết nối bên trong một trung tâm dữ liệu trên mặt đất.

Một hệ thống như vậy cũng có thể cần các chuyến phóng riêng thay vì đi chung tên lửa như thử nghiệm đầu tiên, khiến chi phí tăng đáng kể.

Ngoài chi phí phóng, các dự án trung tâm dữ liệu ngoài không gian còn phải giải quyết hàng loạt bài toán khác như sản xuất vệ tinh với số lượng lớn, tuổi thọ thiết bị, tản nhiệt, sửa chữa và thay thế phần cứng.

Các chuyên gia vì thế cho rằng ý tưởng này vẫn còn cách giai đoạn thương mại nhiều năm.

Google cũng thừa nhận chuyến bay đầu tiên không nhằm chứng minh một trung tâm dữ liệu AI ngoài quỹ đạo đã khả thi về mặt thương mại.

Thay vào đó, vệ tinh MVP sẽ hoạt động trong vài tháng để giúp hãng xác định công nghệ nào có thể vận hành tốt, công nghệ nào cần thiết kế lại và đâu là những điểm có nguy cơ thất bại.

Nếu những thử nghiệm này thành công, Project Suncatcher có thể đặt nền móng cho một mô hình hạ tầng AI hoàn toàn mới, trong đó một phần năng lực điện toán khổng lồ hiện nằm trong các trung tâm dữ liệu trên mặt đất được chuyển lên quỹ đạo.