Cuộc đua đưa trung tâm dữ liệu AI lên quỹ đạo bắt đầu nóng lên

Hình ảnh Thái Bình Dương nhìn từ Trạm Vũ trụ Quốc tế đang bay trên quỹ đạo. Ảnh: NASA

Google hiện là một trong những công ty đầu tiên thử nghiệm mô hình này. Google chưa thể khẳng định công nghệ trung tâm dữ liệu trên quỹ đạo có khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế hay không, nhưng tập đoàn công nghệ này đã bắt đầu triển khai những bước thử nghiệm đầu tiên trong khuôn khổ Dự án Suncatcher - sáng kiến nghiên cứu trung tâm dữ liệu AI trên quỹ đạo.

Vệ tinh thử nghiệm đầu tiên của dự án đã được phóng ngày 1/10 từ Căn cứ Lực lượng Không gian Vandenberg ở bang California (Mỹ), trên tên lửa Falcon 9 của công ty SpaceX trong sứ mệnh chia sẻ chuyến bay Transporter-18.

Không giống những thử nghiệm trước đây về chip AI trong không gian, vệ tinh của Google được thiết kế nhằm đánh giá khả năng hoạt động của các bộ xử lý tensor (TPU) do hãng phát triển trong điều kiện đặc thù của môi trường quỹ đạo, bao gồm lực tác động mạnh khi phóng tên lửa và bức xạ không gian.

“Mục tiêu của lần phóng đầu tiên này là quan sát xem những gì hoạt động hiệu quả, xác định các điểm có thể xảy ra lỗi và áp dụng những kết quả thu được vào các sứ mệnh trong tương lai”, ông Travis Beals, Giám đốc cấp cao phụ trách mảng “các mô hình trí tuệ” tại Google, cho biết.

Google dự kiến tiếp tục nghiên cứu vào năm 2027 với việc phóng thêm hai vệ tinh thử nghiệm.

Project Suncatcher là sáng kiến ​​của Google về trung tâm dữ liệu AI đặt trên quỹ đạo. Ảnh: Google

Cuộc đua xây dựng hạ tầng AI ngoài không gian

Google không phải công ty duy nhất quan tâm đến ý tưởng đưa trung tâm dữ liệu lên quỹ đạo. Sự phát triển nhanh chóng của các hệ thống AI tạo ra nhu cầu ngày càng lớn về năng lực xử lý, thúc đẩy các doanh nghiệp công nghệ tìm kiếm những mô hình hạ tầng mới.

Tuy nhiên, việc vận hành trung tâm dữ liệu trong không gian vẫn đặt ra nhiều câu hỏi chưa có lời giải. Một trong những thách thức lớn là tác động của bức xạ, vốn có thể gây lỗi dữ liệu, hay còn gọi là hiện tượng “bit flip” (đảo bit), đồng thời làm giảm tuổi thọ của linh kiện điện tử.

Theo Google, các thử nghiệm mô phỏng tại Phòng thí nghiệm Hạt nhân Crocker thuộc Đại học California, Davis cho thấy các chip TPU của hãng hoạt động “đặc biệt tốt” trong môi trường tương tự không gian, nhưng vẫn cần thêm dữ liệu thực tế để đánh giá đầy đủ.

Bên cạnh bức xạ, vấn đề tản nhiệt cũng là một thách thức lớn. Trên Trái Đất, các trung tâm dữ liệu có thể sử dụng phương pháp làm mát dựa trên đối lưu và bay hơi nước. Tuy nhiên, trong môi trường chân không, các phương pháp này không thể áp dụng do không có các phân tử khí hỗ trợ quá trình truyền nhiệt.

Google cho biết đang nghiên cứu giải pháp kết hợp bộ tản nhiệt và ống dẫn nhiệt để xử lý vấn đề này. Tuy nhiên, vệ tinh nguyên mẫu đầu tiên của công ty chưa nhằm giải quyết hoàn toàn bài toán tản nhiệt.

Một người phát ngôn của Google cho biết thiết bị thử nghiệm, chủ yếu dùng để kiểm tra hiệu suất của chip TPU trên quỹ đạo, sẽ phải ngắt điện khoảng 20 phút mỗi lần nhằm tránh quá nhiệt. Theo tờ New York Times, vệ tinh này chỉ cung cấp khoảng 1 kilowatt điện cho các chip TPU.

Ông Caleb Henry, Giám đốc nghiên cứu tại công ty tư vấn Quilty Space, nhận định mức năng lượng này thấp hơn đáng kể so với nhu cầu của một trung tâm dữ liệu AI vận hành đầy đủ. Theo ông, các vệ tinh viễn thông hiện nay thường tiêu thụ khoảng 10-20 kilowatt điện, trong khi các vệ tinh phục vụ tính toán AI có thể cần tới 100 kilowatt.

Một nghiên cứu của nhóm nghiên cứu Google công bố ngày 1/10 trên tạp chí Joule cho rằng các vệ tinh đóng vai trò như trung tâm dữ liệu có thể cần tạo ra lượng điện tương đương một tủ máy chủ trên Trái Đất, khoảng 50-100 kW.

Bài toán chi phí và khả năng thương mại hóa

Dù các vấn đề kỹ thuật có thể từng bước được giải quyết, câu hỏi lớn hơn là liệu trung tâm dữ liệu trên quỹ đạo có thể cạnh tranh về chi phí với các cơ sở đặt trên mặt đất hay không.

Một trong những hạn chế là việc nâng cấp phần cứng. Các chip AI thường được cải tiến trong chu kỳ 1-2 năm, trong khi vệ tinh có tuổi thọ khoảng 5-7 năm. Điều này khiến nguy cơ phần cứng nhanh chóng lỗi thời trở thành thách thức đối với mô hình trung tâm dữ liệu ngoài không gian, theo báo cáo của JLL Research hồi tháng 6.

Báo cáo cho rằng để mô hình này trở nên hấp dẫn hơn, chi phí đưa vệ tinh lên quỹ đạo cần giảm đáng kể. Tuy nhiên, chi phí phóng hiện chưa có xu hướng giảm và được dự báo tiếp tục là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính khả thi của dự án.

Trong lĩnh vực này, SpaceX có lợi thế khi tự phát triển tên lửa, sản xuất vệ tinh và thực hiện số lượng lớn vụ phóng lên quỹ đạo. Công ty này từng công bố kế hoạch triển khai một chùm vệ tinh có thể lên tới 1 triệu vệ tinh phục vụ tính toán AI.

Trong khi đó, Google chưa công bố quy mô cụ thể của Dự án Suncatcher. Một tài liệu năm 2025 cho thấy công ty từng đề xuất mô hình vận hành theo các “cụm” gồm 81 vệ tinh, song hiện chưa rõ cần bao nhiêu cụm để hình thành một hệ thống hoàn chỉnh.

Google cho biết việc phát triển trung tâm dữ liệu trên quỹ đạo là một hướng nghiên cứu dài hạn, tương tự những lĩnh vực công nghệ từng cần nhiều năm thử nghiệm trước khi trở thành ứng dụng thực tế.

“Tương tự nghiên cứu ban đầu về xe tự lái và điện toán lượng tử, việc khám phá khả năng tính toán trong không gian cũng bắt đầu bằng những bước đi thận trọng và có tính toán kỹ lưỡng”, Google cho biết.