[비즈한국] Trước thềm đợt phát hành cổ phiếu lần đầu ra công chúng (IPO) vào ngày 12 tháng 6 (giờ địa phương), SpaceX gần đây đã công bố thiết kế và thông số kỹ thuật của 'AI1', vệ tinh thực nghiệm trung tâm dữ liệu AI trên vũ trụ, qua đó mở ra một lĩnh vực kinh doanh mới mang tên điện toán không gian. Trong bối cảnh nhu cầu điện năng của các trung tâm dữ liệu trên mặt đất đang chạm ngưỡng giới hạn do sự phát triển vượt bậc của ngành công nghiệp trí tuệ nhân tạo (AI), đây là một nỗ lực nhằm tận dụng không gian quỹ đạo làm giải pháp thay thế. Tuy nhiên, các chuyên gia phân tích rằng để vận hành thực tế, cần phải giải quyết nhiều thách thức về kỹ thuật và kinh tế như tản nhiệt, bức xạ vũ trụ, độ trễ truyền tin và chi phí xây dựng khổng lồ.
Giám đốc điều hành (CEO) của SpaceX, Elon Musk, gần đây đã đăng tải một đoạn video đối thoại dài khoảng 31 phút được quay tại nhà máy sản xuất thiết bị Starlink ở Bastrop, Texas, trên mạng xã hội X (trước đây là Twitter). Trong video thực hiện cùng kỹ sư Ian Dahl của SpaceX, CEO Musk đã giới thiệu ý tưởng về trung tâm dữ liệu AI trên quỹ đạo và vệ tinh thực nghiệm đầu tiên mang tên 'AI1' tới công chúng.
Điều này được hiểu là nỗ lực mở rộng mô hình kinh doanh của SpaceX, không chỉ dừng lại ở một công ty phóng tên lửa và cung cấp dịch vụ viễn thông, mà còn trở thành một doanh nghiệp hạ tầng AI chuyên xử lý và tính toán dữ liệu.
Lý do hình thành ý tưởng trung tâm dữ liệu vũ trụ
Nền tảng chính cho ý tưởng trung tâm dữ liệu vũ trụ của SpaceX xuất phát từ những giới hạn vật lý mà lưới điện mặt đất đang đối mặt. Gần đây, mật độ năng lượng cần thiết để huấn luyện các mô hình ngôn ngữ lớn (LLM) và xử lý các phép toán suy luận phức tạp đang tăng vọt. Theo dữ liệu từ các tổ chức lớn như báo cáo 'Triển vọng năng lượng toàn cầu đặc biệt: Năng lượng và AI' do Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) phát hành, tốc độ mở rộng mạng lưới cung cấp năng lượng trên mặt đất không theo kịp nhu cầu ngày càng tăng của các trung tâm dữ liệu, dẫn đến khả năng cao xảy ra tình trạng nghẽn nguồn điện trong tương lai.
Để vượt qua những hạn chế này của hạ tầng mặt đất, không gian quỹ đạo thấp (LEO) đã nổi lên như một giải pháp thay thế. Ngoài bầu khí quyển, không bị tổn thất năng lượng mặt trời do mây hay tán xạ khí quyển, nên có ưu điểm là có thể đảm bảo 100% năng lượng bức xạ mặt trời thuần túy trong suốt 24 giờ với hiệu suất cao hơn khoảng 36% so với trên mặt đất. Ngoài ra, trong khi các trung tâm dữ liệu mặt đất tiêu tốn hàng chục triệu lít nước làm mát để làm mát máy chủ, gây ra nỗi lo cạn kiệt tài nguyên nước, thì việc giảm bớt gánh nặng môi trường này trong không gian cũng được coi là lý do quan trọng của ý tưởng này.
Vệ tinh thực nghiệm 'AI1' vừa được công bố, không giống như các vệ tinh viễn thông thông thường, có hình dạng của một giá đỡ máy chủ bay khổng lồ. Vệ tinh này được đặt ở quỹ đạo thấp (LEO) với độ cao từ 600~800km, khi triển khai trong không gian, sải cánh đạt khoảng 70 mét và chiều cao khoảng 20 mét.
Về hiệu suất tính toán, một vệ tinh AI1 được thiết kế để chịu được tải trọng điện năng trung bình 120 kilowatt (kW) và tối đa 150kW. Mức này tương đương với điện năng và khả năng tính toán tiêu thụ bởi 1 giá đỡ máy chủ mới nhất (GB300) của NVIDIA được lắp đặt trong các trung tâm dữ liệu AI cao cấp hiện nay trên mặt đất. Phần lớn cấu trúc của vệ tinh được lấp đầy bởi các tấm pin mặt trời khổng lồ để sản xuất nguồn điện khổng lồ này và hệ thống tản nhiệt bằng chất lỏng để kiểm soát nhiệt lượng phát sinh.
Những khó khăn để hiện thực hóa trung tâm dữ liệu vũ trụ
Tuy nhiên, để trung tâm dữ liệu vũ trụ được thương mại hóa, cần phải vượt qua các rào cản kỹ thuật phức tạp. Nhiệm vụ cốt lõi nhất là công nghệ tản nhiệt để ngăn chặn sự quá nhiệt của các chip bán dẫn hiệu năng cao. Mặc dù nhiệt độ trong không gian rất thấp, nhưng do là môi trường chân không không có vật chất trung gian như không khí hay nước để truyền nhiệt, nên không thể tản nhiệt tự nhiên qua đối lưu hoặc dẫn nhiệt. Do đó, toàn bộ nhiệt lượng phải được giải phóng ra không gian chỉ thông qua bức xạ nhiệt dưới dạng sóng điện từ. SpaceX có kế hoạch tối đa hóa hiệu suất tản nhiệt bằng cách xoay các bộ tản nhiệt có thể triển khai dài tới 70m để không đối diện trực tiếp với ánh mặt trời nhằm mở rộng bề mặt tiếp xúc.
Tốc độ truyền dữ liệu và vấn đề độ trễ (Latency) cũng là một trong những thách thức chính cần giải quyết để thương mại hóa. Vì khả năng tính toán của một vệ tinh đơn lẻ bị hạn chế trong việc huấn luyện các mô hình AI lớn mới nhất, SpaceX dự định kết nối nhiều vệ tinh phân tán qua mạng lưới viễn thông để vận hành như một trung tâm dữ liệu ảo khổng lồ.
Để đạt được mục tiêu này, công ty dự định áp dụng công nghệ liên kết laser siêu tốc, tận dụng mạng lưới vệ tinh Starlink hiện có để hiện thực hóa băng thông truyền dữ liệu 1 terabit/giây (Tbps) giữa các vệ tinh và độ trễ ngắn ở mức khoảng 3 mili giây (ms). Tuy nhiên, những quan sát thận trọng vẫn đang tiếp diễn về việc liệu sự đồng bộ hóa dữ liệu hoàn hảo và ổn định như cáp quang mặt đất có thể đạt được giữa các vệ tinh di chuyển phân tán trên quỹ đạo rộng lớn hay không.
Các yếu tố môi trường đặc thù của quỹ đạo vũ trụ khác với mặt đất cũng ảnh hưởng đến sự ổn định vận hành. Thứ nhất là bức xạ vũ trụ. Không gian quỹ đạo thấp, không được bảo vệ bởi bầu khí quyển trái đất, liên tục tiếp xúc với gió mặt trời và bức xạ vũ trụ năng lượng cao. Nếu các chất bán dẫn AI dựa trên quy trình siêu nhỏ nhạy cảm tiếp xúc với bức xạ này, sẽ có nguy cơ gây ra lỗi tính toán tạm thời (lỗi phần mềm) hoặc rút ngắn tuổi thọ vật lý của linh kiện.
Rủi ro va chạm do mật độ quỹ đạo gia tăng cũng được đặt ra. Theo ý tưởng dài hạn của SpaceX, để mở rộng hạ tầng trung tâm dữ liệu vũ trụ, cần phải phóng số lượng vệ tinh lên tới quy mô 1 triệu chiếc. Nếu xem xét số lượng vệ tinh nhân tạo hiện đang hoạt động trên quỹ đạo thấp của trái đất chỉ khoảng 15.000 chiếc, thì đây là quy mô chưa từng có. Các chuyên gia cảnh báo rằng nếu mật độ vệ tinh tăng vọt, một vụ va chạm có thể dẫn đến các vụ va chạm mảnh vỡ dây chuyền, làm tê liệt toàn bộ quỹ đạo bằng rác vũ trụ, một hiện tượng gọi là 'Hội chứng Kessler'.
Xét từ góc độ bảo trì hạ tầng, hạn chế bản chất của trung tâm dữ liệu vũ trụ là không thể sửa chữa vật lý ngay lập tức khi xảy ra sự cố. Đối với các trung tâm dữ liệu mặt đất, nếu linh kiện máy chủ hoặc thiết bị làm mát xảy ra lỗi, đội ngũ kỹ sư có thể được điều động đến hiện trường để thay thế linh kiện nhanh chóng.
Tuy nhiên, trong không gian, một hư hỏng mạch nhỏ cũng có thể dẫn đến việc dừng hoạt động của toàn bộ vệ tinh. Để ngăn chặn điều này, cần thiết kế các mạch dự phòng kép hoặc ba (dự phòng, Redundancy) cho các linh kiện cốt lõi. Tuy nhiên, các thiết kế an toàn này tất yếu làm tăng tổng trọng lượng và khối lượng của vệ tinh, dẫn trực tiếp đến gánh nặng kinh tế là tăng chi phí phóng.
Vậy liệu có tính kinh tế không?
Tất cả các thách thức kỹ thuật đã nêu ở trên cuối cùng đều dẫn đến vấn đề kinh tế, tức là tính khả thi của dự án. Theo báo cáo từ công ty nghiên cứu công nghiệp 'MoffettNathanson', ước tính cần ngân sách khoảng 5 nghìn tỷ đô la (khoảng 7.657 nghìn tỷ won) để xây dựng và duy trì hạ tầng trung tâm dữ liệu vũ trụ quy mô 1 triệu chiếc mà SpaceX hình thành.
Để thu hồi chi phí đầu tư ban đầu khổng lồ này và đảm bảo tính cạnh tranh thương mại so với các trung tâm dữ liệu mặt đất, việc giảm giá thành phóng vệ tinh một cách đột phá là điều bắt buộc. Phân tích của ngành cho thấy chỉ khi giảm chi phí phóng từ mức hàng nghìn đô la trên mỗi kg hiện nay xuống mức 200 đô la thì mới có thể bàn đến tính kinh tế. Trong tài liệu liên quan đến IPO, phía SpaceX đã nêu rõ rằng với Falcon 9 hoặc Falcon Heavy hiện đang vận hành, không thể triển khai các vệ tinh V3 và trung tâm dữ liệu vũ trụ. Để vận hành trung tâm dữ liệu vũ trụ, điều kiện tiên quyết là phải thương mại hóa hoàn toàn và ổn định các tên lửa tái sử dụng siêu lớn thế hệ tiếp theo của SpaceX.
Tầm nhìn trung tâm dữ liệu vũ trụ mà SpaceX giới thiệu là một nỗ lực đáng chú ý nhằm giải quyết giới hạn cơ bản của hạ tầng mặt đất là đảm bảo nguồn điện trong một không gian mới là vũ trụ. Tuy nhiên, vẫn tồn tại những rào cản thực tế như các hạn chế vật lý trong việc kiểm soát tản nhiệt, rủi ro do vận hành quỹ đạo quy mô lớn và khả năng sinh lời so với chi phí thiên văn. Liệu kế hoạch này có thể trở thành một hạ tầng mới thay đổi hoàn toàn mô hình của ngành hay không vẫn sẽ phụ thuộc vào quá trình xác minh kỹ thuật liên tục và xu hướng giảm chi phí phóng trong tương lai.