Các tập đoàn công nghệ lớn đang đẩy nhanh kế hoạch đưa trung tâm dữ liệu AI lên quỹ đạo, với kỳ vọng khai thác năng lượng Mặt Trời trong không gian để phục vụ nhu cầu tính toán ngày càng tăng trên Trái Đất. Tuy nhiên, mô hình này vẫn đối mặt hàng loạt rào cản về chi phí, tản nhiệt và truyền dữ liệu.

Theo WSJ, SpaceX của Elon Musk đã điều chỉnh định hướng dài hạn theo hướng vận hành trung tâm dữ liệu AI ngoài không gian. Blue Origin do Jeff Bezos hậu thuẫn cũng theo đuổi tầm nhìn tương tự. Trong khi đó, Google và Planet Labs đang thử nghiệm khả năng dùng vệ tinh để vận hành các hệ thống tính toán AI.

Google được cho là đã thảo luận với SpaceX và các bên liên quan nhằm thúc đẩy Project SunCatcher, dự án xây dựng trung tâm dữ liệu ngoài không gian. Công ty đang cân nhắc triển khai một mạng vệ tinh chạy bằng năng lượng Mặt Trời, tích hợp các bộ xử lý TPU do hãng tự phát triển, qua đó hình thành một nền tảng đám mây AI trên quỹ đạo.

Nvidia gần đây cũng đăng tuyển vị trí “kiến trúc sư hệ thống trung tâm dữ liệu quỹ đạo ngoài không gian”.

Ý tưởng chuyển các tác vụ tính toán AI lên quỹ đạo ngày càng thu hút sự chú ý trong bối cảnh nhu cầu hạ tầng AI tăng vọt. Về lý thuyết, mô hình này có thể giúp doanh nghiệp mở rộng quy mô mà không bị giới hạn bởi các rào cản xây dựng trung tâm dữ liệu trên mặt đất. Dù vậy, khoảng cách từ ý tưởng đến triển khai thực tế vẫn còn rất xa.

WSJ cho biết để vận hành một trung tâm dữ liệu trên quỹ đạo, ngành công nghiệp sẽ phải đạt bước tiến kỹ thuật ở nhiều lĩnh vực, từ xử lý bức xạ cho đến công nghệ tên lửa. Một trong những thách thức lớn nhất là làm sao sản xuất hàng loạt và phóng các thiết bị này mà không đẩy chi phí lên quá cao. Theo tờ báo, một số kỹ sư cho rằng mô hình này hiện vẫn thiếu tính kinh tế và còn nhiều vấn đề chưa được giải quyết.

Để xây dựng trung tâm dữ liệu AI trong không gian, các công ty cần phát triển những vệ tinh tích hợp số lượng lớn chip AI cùng các tấm pin Mặt Trời để cấp điện cho hệ thống tính toán. WSJ cho biết các vệ tinh này nhiều khả năng sẽ hoạt động trên những quỹ đạo đi qua khu vực cực để tối đa hóa thời gian tiếp xúc ánh sáng Mặt Trời.

Vệ tinh sử dụng năng lượng Mặt Trời đã tồn tại trong nhiều thập kỷ. Tuy nhiên, để phục vụ AI, công nghệ này cần được mở rộng lên quy mô lớn hơn rất nhiều. Theo một ước tính được WSJ dẫn lại, lượng điện do Trạm Vũ trụ Quốc tế tạo ra chỉ đủ để vận hành khoảng 100 chip AI tiên tiến. Trong khi đó, một trung tâm dữ liệu ngoài không gian có thể phải tạo ra đủ điện để chạy từ vài nghìn đến hàng chục nghìn chip trên số lượng lớn vệ tinh.

Trong bối cảnh đó, các mảng pin Mặt Trời siêu lớn đang được xem là thành phần then chốt. CEO Rocket Lab Peter Beck từng nói với nhà đầu tư hồi đầu năm rằng hệ thống này có thể cần đến các mảng pin có quy mô vài km.

Ngay cả khi giải được bài toán năng lượng, kiểm soát nhiệt vẫn là nút thắt lớn. Dù không gian có nhiệt độ thấp, môi trường chân không lại khiến việc tản nhiệt trở nên phức tạp hơn. Các vệ tinh AI vì thế cần hệ thống kiểm soát nhiệt tiên tiến để duy trì nhiệt độ vận hành ổn định cho chip xử lý. Theo WSJ, đây là một trong những trở ngại chính nếu muốn đưa chi phí trung tâm dữ liệu ngoài không gian xuống mức có thể cạnh tranh với hạ tầng mặt đất.

Các vệ tinh AI có thể sử dụng bộ tản nhiệt để loại bỏ lượng nhiệt do chip sinh ra. Tuy nhiên, bộ tản nhiệt lớn hơn cùng các thiết bị hỗ trợ thoát nhiệt sẽ làm tăng trọng lượng vệ tinh. WSJ dẫn lời chuyên gia tư vấn công nghệ vũ trụ Santani Rao cho biết các bộ tản nhiệt cỡ lớn có rủi ro hỏng hóc cao hơn, đồng thời làm chi phí tăng thêm.

ITmedia của Nhật Bản cũng lưu ý rằng trái với suy nghĩ phổ biến, việc làm mát trong không gian không hề đơn giản chỉ vì môi trường bên ngoài lạnh. Trong chân không, thiết bị gần như không thể thải nhiệt ra ngoài bằng dẫn nhiệt hoặc đối lưu như trên Trái Đất, mà chủ yếu phải dựa vào bức xạ. Vì vậy, nhiệt độ môi trường thấp không đồng nghĩa rào cản làm mát sẽ giảm đi. Với các thiết bị tính toán có mức tỏa nhiệt lớn, đây có thể là thách thức còn khó hơn cả trên mặt đất.

Bên cạnh nhiệt, truyền dữ liệu ổn định giữa các vệ tinh AI cũng như giữa không gian với mặt đất là một yêu cầu kỹ thuật phức tạp khác. WSJ cho biết liên kết quang, thường được gọi là “laser vũ trụ”, có thể được dùng để truyền dữ liệu giữa các vệ tinh. Tuy nhiên, công nghệ này tiêu thụ nhiều năng lượng, và lưu lượng dữ liệu càng lớn thì mức điện năng cần thiết càng cao.

Ngoài ra, việc truyền dữ liệu trong không gian đòi hỏi thiết bị laser trên vệ tinh phải được điều hướng với độ chính xác rất cao, điều đặc biệt khó thực hiện nếu trung tâm dữ liệu vũ trụ được mở rộng ở quy mô lớn. Kết nối với Trái Đất cũng đặt ra bài toán riêng. Theo lời giáo sư Daniel Bliss tại Đại học Bang Arizona được WSJ dẫn lại, nhiều đề xuất hiện nay giả định sẽ dùng vô tuyến tần số RF để truyền dữ liệu từ quỹ đạo xuống mặt đất, nhưng băng tần RF có giới hạn về dung lượng truyền tải.