Singapore ra mắt trung tâm dữ liệu đầu tiên vận hành bằng tế bào não người

Theo Trường Y thuộc Đại học Quốc gia Singapore (NUS Medicine), đây là trung tâm dữ liệu vận hành độc lập đầu tiên trên thế giới ứng dụng công nghệ điện toán sinh học, với mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn đáng kể so với phần cứng máy tính truyền thống.

Hệ thống gồm 20 thiết bị sử dụng các tế bào não được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm tích hợp với chip silicon để tạo ra sức mạnh tính toán. (Ảnh: Getty Images)

Nguyên mẫu được NUS Medicine công bố đầu tháng 8, phát triển cùng DayOne, một nhà vận hành trung tâm dữ liệu có trụ sở tại Singapore và Cortical Labs, công ty công nghệ sinh học của Australia. Được đặt ngay trong khuôn viên trường đại học, hệ thống được các nhà phát triển mô tả là giá đỡ máy chủ tích hợp sinh học vận hành độc lập đầu tiên trên thế giới.

Trung tâm gồm 20 máy tính sinh học CL1. Mỗi máy chứa ít nhất 200.000 tế bào thần kinh người được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm trên một chip silicon tích hợp các điện cực. Những tế bào này được tạo ra từ tế bào máu đã được lập trình lại thành tế bào gốc, sau đó phát triển thành tế bào thần kinh.

Các tế bào thần kinh có thể trao đổi tín hiệu điện với phần cứng máy tính thông thường. Hoạt động của mạng lưới tế bào thần kinh được ghi nhận và chuyển thành dữ liệu mà hệ thống có thể sử dụng cho các tác vụ tính toán.

Ông Hon Weng Chong, nhà sáng lập kiêm CEO của Cortical Labs cho rằng, công nghệ này đánh dấu bước chuyển của điện toán sinh học từ phòng thí nghiệm nghiên cứu sang những ứng dụng mang tính thương mại. Theo ông Chong, các hệ thống như vậy có thể bổ trợ cho AI trong những tình huống mà dữ liệu huấn luyện khan hiếm hoặc môi trường liên tục thay đổi.

Những lĩnh vực được kỳ vọng có thể ứng dụng công nghệ này gồm phát hiện thuốc, robot hình người, an ninh mạng và phát hiện gian lận.

Một trong những ưu điểm đáng chú ý nhất của máy tính sinh học là mức tiêu thụ năng lượng. Trong khi các trung tâm dữ liệu truyền thống phải vận hành hàng loạt máy chủ cùng hệ thống làm mát tiêu tốn nhiều điện, máy tính sinh học tận dụng khả năng xử lý tự nhiên của mạng lưới thần kinh sống và có thể hoạt động với lượng điện năng thấp hơn nhiều.

Theo ông Chong, mỗi chip CL1 tiêu thụ khoảng 30 watt, tính cả các thiết bị cần thiết để duy trì sự sống cho tế bào. Con số này thấp hơn đáng kể so với các bộ xử lý AI hiệu năng cao hiện nay.

Chẳng hạn, bộ xử lý AI H100 SXM của Nvidia có thể tiêu thụ tới 700 watt khi hoạt động ở tải cao. Một máy chủ trang bị 8 chip như vậy có thể tiêu thụ khoảng 10.200 watt nếu tính cả phần cứng hỗ trợ.

Tuy nhiên, việc vận hành những "máy tính" bằng tế bào sống cũng đặt ra yêu cầu hoàn toàn khác so với một phòng máy chủ thông thường. Các kỹ thuật viên phải chăm sóc tế bào giống như đang duy trì một phòng thí nghiệm sinh học.

Cứ ba ngày một lần, các tế bào được cung cấp hỗn hợp gồm đường, vi chất dinh dưỡng và chất đệm pH. Một hệ thống khí chuyên dụng đồng thời cung cấp carbon dioxide, oxy và nitơ để duy trì môi trường thích hợp cho tế bào.

Mức tiêu thụ năng lượng thấp đặc biệt đáng chú ý tại Singapore, nơi nhu cầu điện và nước của các trung tâm dữ liệu từ lâu đã trở thành vấn đề được quan tâm. Quốc gia này từng tạm dừng việc xây dựng các trung tâm dữ liệu mới vào năm 2019 do lo ngại về mức tiêu thụ tài nguyên. Đến năm 2020, các trung tâm dữ liệu đã chiếm khoảng 7% tổng lượng điện tiêu thụ của Singapore.

Dù vậy, công nghệ điện toán sinh học chưa được xem là phương án thay thế hoàn toàn cho chip silicon. Ông Chong thừa nhận silicon vẫn "vượt trội hơn nhiều" trong những tác vụ tính toán nhanh và lặp đi lặp lại, vốn là nền tảng cho các mô hình ngôn ngữ lớn như ChatGPT.

Điểm mạnh của hệ thống sinh học nằm ở khả năng học hỏi từ số lượng ví dụ ít hơn và thích nghi với những điều kiện thay đổi. Thay vì thay thế máy tính silicon, các nhà phát triển kỳ vọng điện toán sinh học có thể trở thành một công nghệ bổ trợ, mở ra một hướng tiếp cận mới cho những bài toán mà các hệ thống AI truyền thống gặp khó khăn.