Cơ hội nào cho trung tâm dữ liệu AI ngoài không gian?

Khi giải thích lý do hợp nhất các tham vọng hàng không vũ trụ và AI thông qua SpaceX và xAI, tỷ phú Elon Musk đã nêu ra một tầm nhìn lớn mới: đưa một mạng lưới trung tâm dữ liệu khổng lồ lên quỹ đạo Trái Đất.

Công suất điện của các trung tâm dữ liệu tại Mỹ (ước tính) và công suất dự báo tính đến năm 2025 (Ảnh: Bloomberg NEF)

Ý tưởng này nghe giống khoa học viễn tưởng. Nhưng Musk không phải là người duy nhất hình dung một tương lai, trong đó các trung tâm dữ liệu bay quanh Trái Đất để thực hiện những phép tính phức tạp cho AI. Jeff Bezos, nhà sáng lập Blue Origin, đã nhiều lần nói về công nghệ này trong thời gian gần đây. Eric Schmidt, cựu CEO Google, cũng đã mua lại startup tên lửa Relativity Space, với mục tiêu được cho là phục vụ việc phóng các trung tâm dữ liệu lên không gian.

Khi ngành AI mở rộng và các nhà phát triển theo đuổi những hệ thống ngày càng phức tạp, đòi hỏi lượng dữ liệu và năng lực tính toán khổng lồ, không gian bắt đầu lộ ra một số đặc điểm hấp dẫn cho việc đặt trung tâm dữ liệu. Tuy nhiên, ý tưởng này cũng đi kèm những thách thức kỹ thuật rất lớn, và ngành công nghệ vẫn còn cách khá xa việc biến các trung tâm dữ liệu ngoài không gian thành một mô hình khả thi về mặt kinh tế.

Vậy khi ngày càng nhiều tỷ phú công nghệ cân nhắc đưa trung tâm dữ liệu lên không gian, liệu điều đó có thực sự hợp lý?

Các trung tâm dữ liệu — nơi lưu trữ hồ sơ doanh nghiệp, phát trực tuyến phim Netflix và sao lưu dữ liệu iPhone — đang mọc lên khắp thế giới. Một phần nguyên nhân là làn sóng bùng nổ AI, được thúc đẩy bởi các cơ sở ngày càng lớn và tiêu thụ điện năng ở mức rất cao. Những tòa nhà này chứa các máy chủ thực hiện các phép tính nặng nề để huấn luyện mô hình AI và tạo ra câu trả lời khi người dùng truy vấn các công cụ như ChatGPT hay Gemini của Google.

“Khi so với trung tâm dữ liệu truyền thống, nhu cầu điện năng của một trung tâm dữ liệu AI có thể cao gấp 10 lần, thậm chí 100 lần,” Dave McCarthy, Phó Chủ tịch Nghiên cứu tại International Data Corporation, cho biết.

Theo BloombergNEF, trong giai đoạn 2026–2033, lượng điện mà các trung tâm dữ liệu tại Mỹ tiêu thụ sẽ tăng gấp đôi, chủ yếu do nhu cầu năng lượng của AI. Điều này kéo theo những tác động đáng kể tới lưới điện và chi phí điện đối với người dân sống gần các cơ sở này.

Một giải pháp đang được thảo luận là xây dựng các nhà máy điện mới để phục vụ từng trung tâm dữ liệu “siêu quy mô”. Một giải pháp khác là đưa chúng ra ngoài Trái Đất.

Thay vì phụ thuộc vào và gây áp lực lên lưới điện, các trung tâm dữ liệu trong không gian sẽ vận hành hoàn toàn bằng năng lượng mặt trời. Ở một số quỹ đạo đồng bộ với Mặt Trời, vệ tinh có thể tiếp cận ánh sáng gần như 24/7, cho phép khai thác điện mặt trời liên tục. Trên Trái Đất, việc tìm đủ quỹ đất cho những cụm máy tính khổng lồ là một thách thức. Trong không gian, về mặt lý thuyết, có nhiều dư địa hơn để vận hành hàng trăm hoặc hàng nghìn vệ tinh trung tâm dữ liệu. Theo một hồ sơ nộp ngày 30/1, SpaceX đang xin phép phóng tới một triệu vệ tinh dạng này.

Khung quản lý cũng có thể bớt phức tạp hơn so với mặt đất. Thông thường, việc xin đầy đủ giấy phép có thể trì hoãn xây dựng trong nhiều tháng hoặc nhiều năm. Để phóng trung tâm dữ liệu lên không gian, các công ty chủ yếu cần giấy phép phóng hàng loạt từ Cục Hàng không Liên bang Mỹ (FAA) và giấy phép chòm vệ tinh từ Ủy ban Truyền thông Liên bang - những thủ tục mà các công ty như SpaceX đã quen thuộc trong nhiều thập kỷ.

Tuy nhiên, các thách thức kỹ thuật là rất lớn. Musk từng đề xuất sử dụng tàu Starship để phóng một mạng lưới trung tâm dữ liệu có tổng công suất lên tới 100 gigawatt. Startup Starcloud tại Seattle, được Nvidia hậu thuẫn, đặt mục tiêu xây dựng một trung tâm dữ liệu quỹ đạo đơn lẻ công suất 5 gigawatt. Để cung cấp năng lượng cho hệ thống này, các tấm pin mặt trời cần có diện tích lên tới khoảng 4 km² — một quy mô chưa từng có trong không gian.

Mức tiêu thụ điện khổng lồ của các trung tâm dữ liệu là nền tảng cho ý tưởng đưa chúng ra ngoài không gian của các ông lớn công nghệ

Những tấm pin khổng lồ như vậy không chỉ khó phóng bằng tên lửa hiện nay, mà còn rất khó kiểm soát và dễ bị hư hại bởi rác vũ trụ. Bản thân các vệ tinh cũng phải được gia cố để chống lại bức xạ vũ trụ — các hạt năng lượng cao có thể gây lỗi nghiêm trọng cho hệ thống điện tử.

Một thách thức lớn khác là làm mát. Trên Trái Đất, trung tâm dữ liệu dùng không khí hoặc nước để tản nhiệt. Trong không gian chân không, cách duy nhất là bức xạ nhiệt thông qua các bộ tản nhiệt khổng lồ. Ở quỹ đạo Trái Đất thấp, Trái Đất chiếm một phần lớn “bầu trời nhiệt”, buộc các bộ tản nhiệt phải liên tục điều chỉnh hướng để tránh cả Trái Đất lẫn Mặt Trời, làm hệ thống trở nên phức tạp hơn nhiều.

Độ trễ tín hiệu cũng là vấn đề. Ở quỹ đạo thấp, độ trễ tương đương mạng mặt đất, nhưng ở các quỹ đạo cao hơn — nơi ít va chạm hơn — độ trễ có thể lên tới vài giây, không phù hợp với nhiều ứng dụng AI thời gian thực. Việc sửa chữa cũng vô cùng hạn chế, khiến các hệ thống phải được thiết kế theo dạng mô-đun để robot có thể thay thế linh kiện trong tương lai.

Về công nghệ, phần lớn các thành phần cần thiết — pin mặt trời, bộ tản nhiệt, vật liệu chống bức xạ — đều đã tồn tại và được sử dụng trong không gian nhiều thập kỷ. Theo các chuyên gia, không cần đến đột phá vật lý mới, nhưng cần rất nhiều nghiên cứu để thu nhỏ, giảm khối lượng và tích hợp các hệ thống này ở quy mô lớn. Chi phí phóng vẫn là nút thắt then chốt, và việc triển khai chỉ khả thi nếu các tên lửa tái sử dụng hoàn toàn hoạt động ổn định.

Về thời gian, các dự báo rất khác nhau. Musk từng đề cập khả năng thử nghiệm trong vòng 4–5 năm, trong khi Bezos thận trọng hơn, với khung 10–20 năm. Lịch sử ngành vũ trụ cho thấy các dự án phần cứng lớn thường mất nhiều thời gian hơn dự kiến, và chưa rõ mô hình này có bao giờ đạt hiệu quả kinh tế hay không.

Trung tâm dữ liệu AI trong không gian có thể xuất hiện trong thập kỷ này — hoặc tiếp tục nằm trong phạm vi của khoa học viễn tưởng lâu hơn. Nhưng bản thân việc ý tưởng này được thảo luận nghiêm túc cho thấy áp lực năng lượng và hạ tầng mà AI đang tạo ra đã vượt ngưỡng mà các giải pháp truyền thống có thể dễ dàng đáp ứng.

Nguồn: Cơ hội nào cho trung tâm dữ liệu AI ngoài không gian?