Cuộc đua đưa trung tâm dữ liệu vào vũ trụ đầy khốc liệt

Không gian ngoài Trái đất sẽ thêm "chật chội" với các trung tâm dữ liệu

Một cuộc đua âm thầm nhưng vô cùng khốc liệt đang diễn ra trên quỹ đạo: cuộc chạy đua xây dựng các trung tâm dữ liệu trong không gian. Đây không còn là những ý tưởng viễn tưởng nằm trong các trang tiểu thuyết, mà đã trở thành một chiến lược địa chính trị quan trọng, nơi Trung Quốc đang tạm thời nắm giữ lợi thế của người đi trước, trong khi Mỹ, với tiềm lực tài chính khổng lồ đang dốc toàn lực để thu hẹp khoảng cách.

Bắc Kinh đã sớm hiện thực hóa tham vọng này bằng những bước đi kỹ thuật vững chắc, từ việc phóng các máy tính không gian hoạt động ổn định cho đến kế hoạch xây dựng siêu máy tính trên quỹ đạo. Ngược lại, những tỷ phú công nghệ tại Thung lũng Silicon như Elon Musk hay Sundar Pichai cũng không đứng ngoài cuộc chơi khi liên tiếp công bố những kế hoạch táo bạo nhằm đưa hạ tầng AI lên các tầng trời.

Cuộc cạnh tranh này không đơn thuần là vấn đề công nghệ, mà nó mang ý nghĩa quyết định đối với an ninh quốc gia, sự thống trị kinh tế và tương lai của kết nối toàn cầu như mạng 6G. Quốc gia nào làm chủ được hạ tầng AI trên không gian với nguồn năng lượng mặt trời vô tận và khả năng xử lý dữ liệu tức thời, sẽ nắm trong tay chìa khóa quyền lực của kỷ nguyên máy tính tiếp theo, tương tự như cách Mỹ đã thắng thế với Internet hay Trung Quốc đã vươn lên với 5G.

Sự trỗi dậy của phương Đông: Lợi thế người đi tiên phong và nỗ lực tự chủ công nghệ

Trong khi thế giới phương Tây vẫn đang tranh luận về tính khả thi và lợi ích kinh tế của việc đưa các máy chủ lên quỹ đạo, Trung Quốc đã lặng lẽ thực hiện những bước đi mang tính nền tảng và đạt được những thành tựu đáng kể. Han Yinhe, một nhà khoa học máy tính uy tín tại Bắc Kinh, đã không ngần ngại khẳng định vị thế của nước nhà khi tuyên bố rằng xét về hiệu suất cao nhất của điện toán trên không gian hay sự hoàn thiện của khung công nghệ, Trung Quốc đang đứng ở vị trí tiên phong.

Là một nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Tính toán (ICT) thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, ông Han đang trực tiếp tham gia vào một sáng kiến đầy tham vọng: phát triển một "siêu máy tính không gian" thực thụ ở quỹ đạo tầm thấp của Trái Đất. Dự án này không chỉ dừng lại ở quy mô thử nghiệm nhỏ lẻ mà hướng tới việc tích hợp tới 10.000 thẻ tính toán hiệu suất cao, tạo nên một sức mạnh xử lý dữ liệu khổng lồ ngay giữa không trung.

Sự tự tin của giới khoa học Trung Quốc không phải là không có cơ sở. Ngay từ năm 2022, Zhongke Tiansuan, một công ty hàng không vũ trụ có trụ sở tại Bắc Kinh và là công ty con tách ra từ ICT, đã phóng thành công một máy tính không gian được trang bị các chip hiệu suất cao do chính Trung Quốc tự phát triển. Điều đáng kinh ngạc là hệ thống này đã hoạt động ổn định trên quỹ đạo trong hơn 1.000 ngày, tính đến nay. Đây là một minh chứng rõ ràng cho độ bền và khả năng chịu đựng môi trường khắc nghiệt của công nghệ nội địa Trung Quốc.

Không dừng lại ở đó, vào năm ngoái, đội ngũ này tiếp tục phóng một hệ thống nâng cấp, đạt được khả năng thực hiện suy luận AI ngay trên quỹ đạo, đi trước các đối thủ phương Tây một bước dài. Những nỗ lực bền bỉ này đã cho phép Trung Quốc tích lũy được một kho tàng dữ liệu thực tế và kinh nghiệm kỹ thuật vô giá mà không một mô phỏng mặt đất nào có thể thay thế được.

Sự dẫn đầu của Trung Quốc còn được thể hiện qua tốc độ thương mại hóa và triển khai kỹ thuật. Zhao Hongjie, Phó chủ tịch của Guoxing Aerospace, một nhà phát triển vệ tinh AI có trụ sở tại Thành Đô, đã nhấn mạnh rằng Trung Quốc đã vượt lên trước về tốc độ thực thi kỹ thuật. Vào tháng 5 vừa qua, Guoxing Aerospace đã phối hợp với Phòng thí nghiệm Chiết Giang phóng một chùm 12 vệ tinh, tạo nền móng cho chùm vệ tinh tính toán quỹ đạo đầu tiên trên thế giới.

Hệ thống này cung cấp tổng sức mạnh tính toán lên tới 5 peta phép tính mỗi giây và mang theo một mô hình AI không gian với 8 tỷ tham số. Khả năng ứng dụng thực tiễn của nó đã được chứng minh vào tháng 9 khi chùm vệ tinh này thực hiện các tính toán phức tạp cho lĩnh vực giao thông vận tải. Cụ thể, khi xử lý hình ảnh viễn thám của quận Pazhou ở Quảng Châu, hệ thống đã hoàn thành cả việc suy luận và truyền kết quả chỉ trong vỏn vẹn ba phút. Thành tích này không chỉ giảm đáng kể thời gian phản hồi mà còn giúp tiết kiệm hơn 90% băng thông truyền tải mặt đất, giải quyết bài toán nghẽn cổ chai dữ liệu mà các hệ thống truyền thống đang gặp phải.

Tham vọng của Bắc Kinh chưa dừng lại ở đó. Vào cuối tháng 11, chính quyền thành phố Bắc Kinh đã công bố một kế hoạch táo bạo nhằm xây dựng một trung tâm dữ liệu không gian tập trung khổng lồ trên quỹ đạo bình minh - hoàng hôn, cách Trái đất từ 700 - 800km. Được dẫn dắt bởi một liên minh đổi mới sáng tạo, dự án này đặt mục tiêu xây dựng một hệ thống có công suất năng lượng vượt quá 1GW.

Theo lộ trình được công bố, quá trình triển khai sẽ hoàn tất qua ba giai đoạn, với đích đến là một trung tâm dữ liệu quỹ đạo quy mô megawatt vào năm 2035. Những động thái này cho thấy Trung Quốc không chỉ coi đây là các dự án nghiên cứu khoa học, mà là một phần của chiến lược quốc gia dài hạn nhằm thiết lập sự thống trị trong không gian số.

Thung lũng Silicon thức giấc: Cuộc phản công tỷ đô của những gã khổng lồ Mỹ

Nhận thấy nguy cơ bị tụt lại phía sau trong cuộc đua chiến lược này, Hoa Kỳ đang huy động mọi nguồn lực tài chính và công nghệ để bắt kịp đối thủ. Các tỷ phú công nghệ tại Thung lũng Silicon, những người đã định hình nên kỷ nguyên Internet, giờ đây đang dồn mắt lên bầu trời với những kế hoạch đầy tham vọng. Elon Musk, ông chủ của SpaceX và là người luôn ám ảnh với việc chinh phục không gian, đã vạch ra một viễn cảnh choáng ngợp.

Trên mạng xã hội, Musk chia sẻ kế hoạch phóng một triệu tấn vệ tinh vào không gian mỗi năm, với mục tiêu triển khai 100 gigawatt năng lượng tính toán AI trên quỹ đạo hàng năm. Tháng trước, ông xác nhận rằng SpaceX đang có kế hoạch xây dựng các trung tâm dữ liệu quỹ đạo bằng cách mở rộng quy mô các vệ tinh Starlink V3 thế hệ tiếp theo. Với khả năng phóng vượt trội của Starship và mạng lưới Starlink dày đặc, Musk đang nắm trong tay cơ sở hạ tầng phóng tốt nhất thế giới để hiện thực hóa tham vọng này.

Không chịu thua kém, Google cũng đã chính thức gia nhập cuộc đua. Giám đốc điều hành Sundar Pichai tuyên bố rằng gã khổng lồ tìm kiếm này có kế hoạch phóng các trung tâm dữ liệu dựa trên không gian sớm nhất vào năm 2027. Google đã công bố sáng kiến mang tên Project Suncatcher vào tháng 11, với chiến lược bắt đầu từ quy mô nhỏ và mở rộng dần. Pichai mô tả việc gửi những giá máy móc nhỏ bé lên vệ tinh để thử nghiệm, sau đó sẽ mở rộng quy mô từ đó. Sự tham gia của Google, với kho tàng dữ liệu khổng lồ và năng lực phát triển phần mềm AI hàng đầu thế giới, hứa hẹn sẽ tạo ra những đột phá mới trong việc ứng dụng AI trên không gian.

Một trong những động thái cụ thể nhất của phía Mỹ đến từ Starcloud, một công ty khởi nghiệp đang nỗ lực hiện thực hóa các ý tưởng này. Vào đầu tháng 11, Starcloud đã phóng Starcloud-1, một vệ tinh có kích thước bằng chiếc tủ lạnh, mang theo đơn vị xử lý đồ họa (GPU) Nvidia H100 đầu tiên vào quỹ đạo. Việc đưa con chip AI mạnh mẽ nhất hiện nay của Nvidia lên không gian là một bước đi táo bạo.

Với bộ nhớ đồ họa 80 gigabyte và hiệu suất vượt xa bất kỳ máy tính không gian nào trước đây, con chip này sẽ tiến hành thử nghiệm trên quỹ đạo về phân tích hình ảnh quan sát Trái Đất và xử lý các khối lượng công việc của mô hình ngôn ngữ lớn. Mặc dù nhiều người coi đây là phát súng mở màn cho cuộc đua AI không gian của Mỹ, nhưng thực tế, Starcloud vẫn là người đi sau so với các đối thủ Trung Quốc vốn đã vận hành ổn định từ năm 2022.

Sự so sánh giữa hai cường quốc cho thấy một bức tranh thú vị: Trung Quốc có lợi thế về thời gian vận hành thực tế, sự tích hợp hệ thống và các mô hình nội địa hóa, trong khi Mỹ sở hữu sức mạnh tài chính vượt trội, khả năng phóng tên lửa tái sử dụng hàng đầu và quyền truy cập vào các phần cứng tiên tiến nhất như chip Nvidia. Tuy nhiên, việc đưa các hệ thống tính toán hiệu suất cao vào không gian không chỉ đơn giản là phóng các con chip lên trời.

Ông Han từ ICT đã chỉ ra rằng, nếu không có quyền tiếp cận các con chip mạnh nhất từ Mỹ do các lệnh cấm vận, Trung Quốc đang buộc phải tìm kiếm các kiến trúc sáng tạo hơn và thiết kế phần cứng tối ưu hơn. Họ tập trung vào việc tích hợp nhiều chip hiệu suất cao nội địa lên một vệ tinh duy nhất và thiết kế kiến trúc tối ưu để nâng cao khả năng, thay vì chỉ đơn thuần là xếp chồng phần cứng. Đây là một cuộc chiến về đổi mới hệ thống, nơi sự sáng tạo trong thiết kế có thể bù đắp cho những hạn chế về phần cứng đơn lẻ.

Thách thức khắc nghiệt nơi quỹ đạo và bức tranh tương lai của hạ tầng số

Sức hấp dẫn của việc đặt trung tâm dữ liệu trong không gian là không thể chối cãi. Khi cơn sốt AI ngốn một lượng điện năng khổng lồ trên Trái đất, gây áp lực lên lưới điện và môi trường, thì không gian mang lại giải pháp hoàn hảo: nguồn năng lượng mặt trời vô tận và khả năng tản nhiệt tự nhiên ra môi trường chân không lạnh giá. Hơn nữa, các trung tâm dữ liệu trên quỹ đạo cho phép xử lý dữ liệu ngay tại nguồn thu thập, giảm độ trễ xuống mức tối thiểu và cho phép phân tích gần như thời gian thực.

Điều này đặc biệt quan trọng trong các tình huống khẩn cấp như giám sát thiên tai hay trinh sát quân sự, nơi mỗi giây chậm trễ đều phải trả giá đắt. Thay vì vệ tinh phải thu thập dữ liệu rồi gửi về Trái đất để xử lý, giờ đây chúng có thể tự đưa ra quyết định và chỉ gửi kết quả cuối cùng về, giúp các hoạt động tự hành trở nên khả thi và hiệu quả hơn.

Tuy nhiên, con đường dẫn đến "đám mây trên vũ trụ" không trải đầy hoa hồng. Môi trường không gian là một cơn ác mộng đối với các thiết bị điện tử tinh vi. Các chip máy tính hiện có phải đối mặt với những thách thức nghiêm trọng khi triển khai trong không gian, bao gồm việc phơi nhiễm với các hạt năng lượng cao từ bức xạ vũ trụ, sự biến động nhiệt độ cực đoan giữa vùng sáng và vùng tối, cũng như những rung động dữ dội trong quá trình phóng tên lửa.

Tất cả những yếu tố này đều đe dọa sự vận hành ổn định của hệ thống. Ông Han cho biết, từ năm 2019, các viện nghiên cứu trong nước bao gồm ICT đã khởi xướng các dự án nghiên cứu nhằm tìm cách triển khai chip AI trong không gian mà vẫn đảm bảo độ tin cậy.

Các nỗ lực kỹ thuật đang dần mang lại kết quả. Theo báo cáo của Tân Hoa Xã vào ngày 5.12, đội ngũ Tiansuan đã thành công trong việc giải quyết các lỗi do bức xạ gây ra như sai sót tính toán và sập hệ thống trên các chip cấp công nghiệp. Họ cũng đang thử nghiệm công nghệ làm mát bằng vòng chất lỏng trên quỹ đạo để truyền nhiệt từ các chip có mật độ nhiệt cao, một giải pháp quan trọng để duy trì hiệu suất xử lý. Những đột phá này cho thấy Trung Quốc không chỉ phóng vệ tinh, mà còn đang giải quyết các bài toán vật lý cốt lõi để duy trì sự sống cho các trung tâm dữ liệu này.

Mặc dù vậy, các chuyên gia trong ngành vẫn thận trọng lưu ý rằng các trung tâm dữ liệu không gian vẫn phải đối mặt với hàng loạt thách thức cốt lõi. Ngoài các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt, còn có những nút thắt về chi phí trong việc xây dựng các chùm vệ tinh quy mô lớn trong tương lai. Việc phóng hàng nghìn, thậm chí hàng triệu tấn thiết bị lên quỹ đạo đòi hỏi một nguồn vốn khổng lồ mà chưa chắc đã mang lại lợi nhuận ngay lập tức.

Tuy nhiên, nhìn về dài hạn, ông Han tin rằng, cũng giống như những gì đã xảy ra trong lĩnh vực giao thông vận tải trên mặt đất, việc xây dựng thêm nhiều trung tâm dữ liệu trên quỹ đạo sẽ thúc đẩy các công ty không gian thương mại Trung Quốc hoàn thiện công nghệ và giảm chi phí theo thời gian.

Cuối cùng, đây sẽ trở thành một ngành kinh doanh sinh lời, mở ra một kỷ nguyên mới nơi hạ tầng số không còn bị trói buộc bởi trọng lực của Trái đất. Cuộc đua chỉ mới bắt đầu, và bầu trời đêm nay không chỉ có những vì sao, mà còn có những dòng dữ liệu đang âm thầm định hình lại tương lai của nhân loại.

Bùi Tú