Trung tâm dữ liệu AI trong không gian sẽ như thế nào?

Khi nhu cầu tính toán cho trí tuệ nhân tạo (AI) tăng với tốc độ chưa từng có, các trung tâm dữ liệu trên Trái đất đang chịu áp lực ngày càng lớn về điện năng, nước làm mát và quỹ đất. Trong bối cảnh đó, ý tưởng đưa trung tâm dữ liệu lên quỹ đạo đang dần được xem là một hướng đi khả thi, mở ra mô hình hạ tầng số hoàn toàn mới cho nền kinh tế AI.

THOÁT KHỎI ÁP LỰC NĂNG LƯỢNG VÀ MÔI TRƯỜNG TRÊN TRÁI ĐẤT

Theo trang ZDnet, các trung tâm dữ liệu đang trở thành nền tảng của nền kinh tế số, nhưng đồng thời cũng tiêu thụ lượng điện và nước khổng lồ. Nhiều dự án xây dựng trung tâm dữ liệu mới trên thế giới đã vấp phải sự phản đối của cộng đồng địa phương do lo ngại tác động tới nguồn điện, tài nguyên nước và môi trường.

Theo Tiến sĩ Robert Ambrose, cựu Giám đốc Bộ phận Phần mềm, Robot và Mô phỏng của NASA, hiện là Chủ tịch phụ trách Robot và AI tại hãng tư vấn Alliant, việc đưa hạ tầng xử lý dữ liệu lên không gian có thể giải quyết trực tiếp những thách thức này.

"Bạn thu năng lượng ngay trong không gian và cũng tản nhiệt ngay trong không gian. Điều duy nhất được truyền về Trái đất là dữ liệu", ông Ambrose nhận định.

Khác với các trung tâm dữ liệu trên mặt đất phụ thuộc vào lưới điện quốc gia, các trung tâm dữ liệu ngoài quỹ đạo sẽ sử dụng các tấm pin mặt trời để tạo ra nguồn điện riêng. Trong môi trường chân không, nhiệt lượng sinh ra từ quá trình tính toán cũng có thể được bức xạ trực tiếp ra không gian mà không cần đến các hệ thống làm mát tiêu tốn nước như hiện nay.

Theo ông Ambrose, thực tế việc xử lý dữ liệu trong không gian không còn là điều quá xa lạ. Nhiều hệ thống vệ tinh hiện nay đã thực hiện các tác vụ phân tích ngay trên quỹ đạo trước khi truyền kết quả xuống mặt đất.

"Phần lớn dữ liệu của chúng ta ở một thời điểm nào đó đều đi qua không gian. Ví dụ, khi vệ tinh chụp ảnh cháy rừng và xử lý hoặc tăng cường chất lượng hình ảnh ngay trên tàu vũ trụ, dữ liệu đã được xử lý trong không gian", ông cho biết.

Theo đánh giá của giới chuyên gia, khi AI tiếp tục thúc đẩy nhu cầu tính toán quy mô lớn, các trung tâm dữ liệu ngoài không gian có thể trở thành một phần bổ sung cho hạ tầng điện toán truyền thống thay vì thay thế hoàn toàn.

RÀO CẢN LỚN NHẤT VẪN LÀ CHI PHÍ VÀ VẬN HÀNH

Dù mang lại nhiều triển vọng, việc xây dựng các trung tâm dữ liệu ngoài không gian vẫn đối mặt hàng loạt thách thức về kinh tế và kỹ thuật.

Một báo cáo của hãng tư vấn bất động sản JLL nhận định việc hình thành một "hệ sinh thái dữ liệu trên quỹ đạo" đòi hỏi phải giải quyết đồng thời các vấn đề về chi phí phóng, độ tin cậy trong vận hành và quản lý rác thải không gian.

Hiện nay, chi phí để SpaceX đưa một kg thiết bị lên quỹ đạo vẫn vào khoảng 2.900 USD. Theo các chuyên gia, con số này cần giảm xuống dưới 500 USD/kg thì mô hình trung tâm dữ liệu ngoài không gian mới có thể đạt hiệu quả kinh tế.

"Chi phí phóng ảnh hưởng đến gần như mọi khía cạnh của nền kinh tế không gian", ông Ambrose nói.

Không gian sẽ trở thành nơi rất phù hợp để xây dựng các hệ thống sao lưu và năng lực dự phòng. Động đất, bão hay cháy rừng sẽ không thể làm tê liệt một trung tâm dữ liệu đang hoạt động trên quỹ đạo

Theo ông, sự xuất hiện của các tên lửa tải trọng lớn thế hệ mới do các doanh nghiệp tư nhân như SpaceX hay Blue Origin phát triển có thể giúp kéo giảm đáng kể chi phí này trong những năm tới.

Các tập đoàn công nghệ lớn nhiều khả năng sẽ triển khai các trung tâm dữ liệu ngoài quỹ đạo như một lớp hạ tầng dự phòng nhằm tăng khả năng phục hồi của hệ thống.

"Không gian sẽ trở thành nơi rất phù hợp để xây dựng các hệ thống sao lưu và năng lực dự phòng. Động đất, bão hay cháy rừng sẽ không thể làm tê liệt một trung tâm dữ liệu đang hoạt động trên quỹ đạo", ông nói.

Một vấn đề khác thường được đặt ra là độ trễ truyền dữ liệu. Tuy nhiên, theo ông Ambrose, đây không phải rào cản đáng kể. Các trung tâm dữ liệu quỹ đạo thấp hoặc quỹ đạo địa tĩnh vẫn có thể truyền dữ liệu xuống các trạm mặt đất với tốc độ ánh sáng, tạo ra độ trễ rất nhỏ đối với phần lớn ứng dụng. Chỉ trong trường hợp tương lai các trung tâm dữ liệu được xây dựng trên Mặt Trăng, độ trễ truyền tín hiệu mới tăng lên khoảng 1,6 giây cho mỗi lượt truyền. Ngoài ra, các thiết bị điện tử cũng phải chịu rung động rất lớn trong quá trình phóng lên không gian.

Ông Ambrose cho biết đây là vấn đề mà ngành hàng không vũ trụ đã có nhiều kinh nghiệm xử lý.

"Mọi phần cứng bay mà tôi từng phụ trách tại NASA đều phải trải qua các bài kiểm tra rung động rất nghiêm ngặt trước khi được đưa lên quỹ đạo. Ngành công nghiệp vũ trụ đã xây dựng quy trình kiểm thử rất chặt chẽ để đảm bảo thiết bị có thể sống sót sau quá trình phóng", ông nói.

ROBOT VÀ AI SẼ LÀ ĐỘI KỸ THUẬT VIÊN NGOÀI QUỸ ĐẠO

Một khi trung tâm dữ liệu đã đi vào hoạt động trên quỹ đạo, việc đưa con người lên bảo trì sẽ rất tốn kém và không thực tế. Vì vậy, toàn bộ quá trình giám sát, sửa chữa và thay thế thiết bị sẽ phải dựa vào robot cùng các hệ thống phân tích dữ liệu.

Theo ông Ambrose, cách NASA vận hành Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS) có thể trở thành mô hình tham khảo cho các trung tâm dữ liệu không gian trong tương lai.

"Chúng tôi biết trước khi nào một thiết bị sẽ hỏng", ông cho biết.

NASA bố trí sẵn các linh kiện dự phòng ngay cạnh thiết bị đang vận hành. Khi hệ thống phân tích dự báo thời điểm xảy ra sự cố, robot sẽ thực hiện việc chuyển đổi sang thiết bị mới trước khi hỏng hóc thực sự xuất hiện.

Ông lấy ví dụ về hệ thống bơm amoniac phục vụ bộ tản nhiệt của ISS. "Nếu có vấn đề xảy ra, chúng tôi chỉ cần chuyển toàn bộ các đường ống sang máy bơm mới, khởi động và kiểm tra hệ thống”. Theo ông, triết lý quan trọng nhất không phải sửa chữa khi sự cố xảy ra mà là bảo trì dự phòng dựa trên phân tích dữ liệu. "Chúng tôi sử dụng các mô hình phân tích để ước tính thời điểm máy bơm cũ sẽ hỏng và lên lịch chuyển sang thiết bị mới trước khi điều đó xảy ra”

Mô hình này sẽ được áp dụng cho các trung tâm dữ liệu ngoài không gian. Các cảm biến sẽ liên tục theo dõi tuổi thọ của từng linh kiện, trong khi AI phân tích trạng thái vận hành để xác định thời điểm tối ưu thay thế trước khi xảy ra lỗi.

Nhờ đó, việc bảo trì sẽ diễn ra theo lịch trình ổn định thay vì xử lý các sự cố khẩn cấp. "Sẽ tốt hơn nếu thay thế các thành phần quan trọng trước khi chúng hỏng theo một lịch trình ít rủi ro", ông Ambrose nhấn mạnh.

Theo vị chuyên gia, quá trình bảo trì này cũng gần như không ảnh hưởng đến người dùng.

Các trung tâm dữ liệu AI tương lai sẽ bao gồm hàng nghìn cụm máy chủ hoạt động song song. Việc tạm dừng một số ít máy chủ để thay thế linh kiện sẽ không làm gián đoạn toàn bộ hệ thống.

"Nếu chỉ một trong hàng nghìn cụm máy chủ được đưa ra bảo trì tại một thời điểm thì đó là điều hoàn toàn bình thường và khách hàng thậm chí sẽ không nhận ra", ông kết luận.