SpaceX đang theo đuổi ý tưởng xây dựng trung tâm dữ liệu trên quỹ đạo như một hạ tầng phục vụ trí tuệ nhân tạo trong tương lai. Theo các phân tích mới đây, mô hình này khả thi về nguyên lý, nhưng để thương mại hóa, công ty sẽ phải giải đồng thời nhiều bài toán về năng lực phóng, làm mát, chi phí và độ trễ truyền thông.

Theo Ars Technica ngày 15/7 giờ địa phương, kế hoạch trung tâm dữ liệu ngoài không gian của SpaceX không đòi hỏi những đột phá trái với các quy luật vật lý hiện nay. Tuy nhiên, thách thức lớn nhất nằm ở việc phải xây dựng một chòm vệ tinh và hệ thống phóng với quy mô chưa từng có.

SpaceX xem đây là một động lực tăng trưởng dài hạn, thay vì chỉ dựa vào mảng tên lửa. Công ty hình dung kịch bản vận hành 1 triệu vệ tinh, tạo ra tổng công suất điện 120GW và triển khai từ hàng chục triệu đến tối đa 100 triệu GPU tiên tiến cho dịch vụ trung tâm dữ liệu ngoài không gian.

Trong video công bố hồi tháng 6, Elon Musk cùng Ian Dall, lãnh đạo kỹ thuật mảng vệ tinh của SpaceX, lần đầu giới thiệu kế hoạch AI1, tức vệ tinh trung tâm dữ liệu trên quỹ đạo thế hệ đầu tiên. Musk cho biết dự án không cần đến những “công nghệ kỳ diệu” chưa tồn tại và có thể tận dụng nhiều nền tảng kỹ thuật đã được áp dụng trên vệ tinh Starlink V3.

Dù vậy, ông nhấn mạnh điều kiện tiên quyết là phải giảm mạnh chi phí phóng của Starship, dòng tên lửa siêu nặng thế hệ mới. Ars Technica ước tính mỗi vệ tinh AI1 có thể sử dụng khoảng 600 m² tấm pin Mặt Trời để cung cấp công suất điện trung bình 120kW cho năng lực tính toán.

Bài toán tiếp theo là tải trọng. Chỉ riêng hệ thống pin Mặt Trời đã được ước tính nặng khoảng 1-2 tấn, trong khi hệ thống tản nhiệt để giải phóng nhiệt ra môi trường không gian cũng cần tối thiểu 1-2 tấn. Nếu tính cả thân vệ tinh và GPU, tổng khối lượng mỗi vệ tinh có thể vào khoảng 3,5-7,5 tấn.

Để đưa mức tải trọng này lên quỹ đạo thấp, SpaceX cần một tên lửa siêu nặng có thể tái sử dụng. Công ty đang tính toán Starship V3 có khả năng mang khoảng 100 tấn lên quỹ đạo thấp và cân nhắc nâng lên 200 tấn với phiên bản V4. Ars Technica giả định chi phí phóng lý tưởng ở mức 20 triệu USD mỗi chuyến. Với mức này, chi phí đưa hàng hóa lên quỹ đạo thấp sẽ vào khoảng 100 USD/kg. Tuy nhiên, khả năng hiện thực hóa một hệ thống “tái sử dụng hoàn toàn” vẫn còn bỏ ngỏ.

Chi phí duy trì đội vệ tinh cũng là một thách thức lớn. SpaceX ước tính mỗi vệ tinh có tuổi thọ khai thác khoảng 5-7 năm. Nếu lấy mốc 5 năm, để duy trì chòm 1 triệu vệ tinh, công ty sẽ phải thực hiện hàng nghìn vụ phóng mỗi năm. Theo kịch bản lạc quan, con số này vào khoảng 10 chuyến mỗi ngày; ở kịch bản thận trọng, có thể lên tới 42 vụ phóng Starship/ngày. Trong năm ngoái, tổng số vụ phóng lên quỹ đạo trên toàn cầu là 329, trong đó SpaceX thực hiện khoảng 170 vụ. Điều đó đồng nghĩa năng lực phóng cần tăng ít nhất 20 lần so với hiện nay nếu mô hình trung tâm dữ liệu ngoài không gian trở thành hiện thực.

Quy mô vốn đầu tư cho dự án cũng được dự báo ở mức rất lớn. Hãng nghiên cứu Quivalas ước tính chi phí sản xuất một vệ tinh Starlink V3 vào khoảng 1 triệu USD. Tuy nhiên, AI1 phải mang theo pin Mặt Trời cỡ lớn và GPU hiệu năng cao, nên chi phí thực tế có thể cao hơn đáng kể. Nếu cộng thêm chi phí xây dựng mạng truyền thông mặt đất kết nối toàn cầu, tổng mức đầu tư của toàn dự án có thể lên tới hàng nghìn tỷ USD.

Thách thức kỹ thuật lớn nhất nằm ở khâu làm mát. Các trung tâm dữ liệu trên mặt đất có thể làm mát bằng đối lưu không khí, nhưng trong không gian, nhiệt chỉ có thể được tản đi thông qua bức xạ hồng ngoại.

Vì vậy, dự án cần các tấm tản nhiệt cỡ lớn cùng hệ thống tuần hoàn chất lỏng làm mát. Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) hiện dùng hơn 6 tấn radiator để xử lý khoảng 70kW nhiệt. Tuy nhiên, nếu áp dụng cách làm tương tự cho một chòm vệ tinh quy mô lớn, chi phí và khối lượng sẽ trở nên quá lớn.

Sam Waldman, nhà vật lý từng làm việc tại SpaceX, cho rằng thiết kế hiện tại của Starlink cũng đã được tối ưu theo hướng mở rộng diện tích tản nhiệt. Ông đồng thời đánh giá SpaceX đã có đủ dữ liệu liên quan. Trong khi đó, Philip Johnston, đồng sáng lập Starcloud, nhận định loại radiator như trên các trạm vũ trụ hiện nay vừa nặng vừa đắt, và cho biết công ty đang tập trung phát triển công nghệ tản nhiệt nhẹ hơn, chi phí thấp hơn.

Bức xạ được xem là vấn đề tương đối có thể kiểm soát. Từ kinh nghiệm vận hành Starlink, SpaceX cho rằng các linh kiện tính toán chủ chốt như GPU và bộ nhớ có khả năng chịu bức xạ ở mức đáng kể. Năm ngoái, Starcloud cũng đã gắn GPU Nvidia H100 lên một vệ tinh thử nghiệm để kiểm tra trong môi trường không gian và cho biết thiết bị này đến nay vẫn hoạt động bình thường.

Tuy nhiên, độ trễ truyền thông có thể trở thành rào cản tùy theo loại tác vụ AI. Khoảng cách giữa các vệ tinh có thể dao động từ vài chục mét đến vài km, khiến những bài toán huấn luyện AI quy mô lớn, vốn đòi hỏi đồng bộ thời gian thực giữa hàng nghìn GPU, gặp bất lợi. Ngược lại, các tác vụ suy luận AI, ít phụ thuộc hơn vào đồng bộ tức thời, có thể phù hợp hơn với mô hình trung tâm dữ liệu ngoài không gian. Dù vậy, độ trễ liên lạc giữa mặt đất và không gian vẫn có thể hạn chế các dịch vụ yêu cầu phản hồi cực thấp như cloud gaming.

Tóm lại, trung tâm dữ liệu trên quỹ đạo của SpaceX có thể khả thi về nguyên lý, nhưng vẫn còn hàng loạt rào cản cần vượt qua, từ thương mại hóa tên lửa siêu nặng tái sử dụng, sản xuất hàng loạt vệ tinh quy mô lớn, phát triển công nghệ tản nhiệt nhẹ cho đến cắt giảm chi phí toàn hệ thống.

Nếu SpaceX thực sự tiến tới phóng vệ tinh AI1, những giả định về kỹ thuật và hiệu quả kinh tế của dự án sẽ bắt đầu được kiểm chứng trong điều kiện vận hành thực tế.