💡 Theo đánh giá của RetroLab, ý tưởng đặt trung tâm dữ liệu vào vũ trụ là một tầm nhìn đầy tham vọng và có tiềm năng cách mạng hóa ngành điện toán. Tuy nhiên, đội ngũ RetroLab nhận thấy những thách thức công nghệ và kinh tế hiện tại là không hề nhỏ, đòi hỏi sự đột phá đáng kể để trở thành một giải pháp khả thi trên quy mô lớn.
Ngành công nghiệp công nghệ đang đứng trước một bước ngoặt lớn, khi ý tưởng đặt các trung tâm dữ liệu khổng lồ vào quỹ đạo Trái Đất không còn là viễn cảnh khoa học viễn tưởng mà đang dần trở thành hiện thực. Động thái táo bạo nhất gần đây đến từ SpaceX của Elon Musk, khi công ty này đã nộp đơn lên Ủy ban Truyền thông Liên bang Hoa Kỳ (FCC) vào tháng 1, đề xuất phóng tới một triệu trung tâm dữ liệu lên quỹ đạo. Mục tiêu cao cả đằng sau sáng kiến này là giải phóng hoàn toàn tiềm năng của Trí tuệ nhân tạo (AI) mà không gây ra một cuộc khủng hoảng môi trường nghiêm trọng trên Trái Đất.
SpaceX không đơn độc trong tầm nhìn này. Năm ngoái, người sáng lập Amazon, Jeff Bezos, đã dự đoán rằng ngành công nghệ sẽ chuyển sang mô hình điện toán quy mô lớn trong không gian. Google cũng đang ấp ủ kế hoạch phóng các vệ tinh xử lý dữ liệu, với mục tiêu đưa một chòm vệ tinh thử nghiệm gồm 80 chiếc lên quỹ đạo ngay trong năm tới. Thậm chí, vào tháng 11 năm ngoái, Starcloud, một startup có trụ sở tại Washington, đã phóng thành công một vệ tinh trang bị GPU Nvidia H100 hiệu suất cao, đánh dấu thử nghiệm quỹ đạo đầu tiên của một chip AI tiên tiến. Starcloud thậm chí còn hình dung các trung tâm dữ liệu quỹ đạo sẽ có kích thước tương đương các cơ sở trên Trái Đất vào năm 2030.
Những người ủng hộ ý tưởng này cho rằng việc đặt trung tâm dữ liệu vào không gian là hoàn toàn hợp lý. Sự bùng nổ của AI hiện nay đang gây áp lực lớn lên lưới điện và làm tăng nhu cầu sử dụng nước – một tài nguyên thiết yếu để làm mát các máy chủ. Các cộng đồng gần các trung tâm dữ liệu quy mô lớn đang lo ngại về việc giá cả tài nguyên tăng cao do nhu cầu ngày càng lớn.
Trong không gian, các vấn đề về nước và năng lượng được cho là sẽ được giải quyết. Với quỹ đạo đồng bộ mặt trời được chiếu sáng liên tục, các trung tâm dữ liệu trên vũ trụ sẽ có quyền truy cập không bị gián đoạn vào năng lượng mặt trời. Đồng thời, lượng nhiệt dư thừa mà chúng tạo ra có thể dễ dàng được đẩy vào chân không lạnh giá của không gian. Và với chi phí phóng tàu vũ trụ ngày càng giảm, cùng với các tên lửa siêu lớn như Starship của SpaceX hứa hẹn sẽ đẩy giá xuống thấp hơn nữa, có thể sẽ đến một thời điểm mà việc di chuyển các trung tâm dữ liệu của thế giới vào không gian trở nên khả thi về mặt kinh tế. Tuy nhiên, những người phản đối lại đưa ra một bức tranh khác, chỉ ra nhiều rào cản công nghệ, mặc dù một số người tin rằng chúng có thể vượt qua được trong tương lai không xa. Dưới đây là bốn yếu tố thiết yếu cần có để biến các trung tâm dữ liệu không gian thành hiện thực.
1. Giải Pháp Tản Nhiệt Hiệu Quả
Các trung tâm dữ liệu AI tạo ra một lượng nhiệt khổng lồ. Không gian có vẻ là một nơi tuyệt vời để tản nhiệt mà không cần sử dụng lượng nước lớn. Nhưng thực tế không đơn giản như vậy. Để hoạt động 24/7, một trung tâm dữ liệu không gian sẽ phải nằm trong quỹ đạo được chiếu sáng liên tục, bay vòng quanh hành tinh từ cực này sang cực kia, và không bao giờ bị che khuất bởi bóng Trái Đất. Và trong quỹ đạo đó, nhiệt độ của thiết bị sẽ không bao giờ giảm xuống dưới 80°C, một mức quá nóng để các thiết bị điện tử hoạt động an toàn lâu dài.
Việc loại bỏ nhiệt ra khỏi một hệ thống như vậy lại khó khăn một cách đáng ngạc nhiên. “Quản lý và làm mát nhiệt trong không gian thường là một vấn đề lớn,” Lilly Eichinger, CEO của startup công nghệ không gian Satellives của Áo, cho biết. Trên Trái Đất, nhiệt tản ra chủ yếu thông qua quá trình đối lưu tự nhiên, dựa vào sự chuyển động của khí và chất lỏng như không khí và nước. Trong chân không của không gian, nhiệt phải được loại bỏ thông qua quá trình bức xạ kém hiệu quả hơn nhiều. Việc loại bỏ an toàn nhiệt do máy tính tạo ra, cũng như nhiệt hấp thụ từ mặt trời, đòi hỏi các bề mặt bức xạ lớn. Vệ tinh càng cồng kềnh, việc đẩy tất cả nhiệt bên trong ra không gian càng khó khăn.
Tuy nhiên, Yves Durand, cựu giám đốc công nghệ tại tập đoàn hàng không vũ trụ châu Âu Thales Alenia Space, cho biết công nghệ để giải quyết vấn đề này đã tồn tại. Công ty này trước đây đã phát triển một hệ thống cho các vệ tinh viễn thông lớn có thể dẫn chất lỏng làm lạnh qua một mạng lưới ống bằng máy bơm cơ học, cuối cùng truyền nhiệt từ bên trong tàu vũ trụ đến các bộ tản nhiệt bên ngoài. Durand đã dẫn đầu một nghiên cứu khả thi vào năm 2024 về các trung tâm dữ liệu không gian, kết luận rằng mặc dù có những thách thức, Châu Âu vẫn có thể đưa các trung tâm dữ liệu quy mô gigawatt (tương đương với các cơ sở lớn nhất trên Trái Đất) vào quỹ đạo trước năm 2050. Những trung tâm này sẽ lớn hơn đáng kể so với những gì SpaceX hình dung, với các mảng pin mặt trời kích thước hàng trăm mét – lớn hơn cả Trạm vũ trụ quốc tế (ISS).
2. Chip Máy Tính Chống Bức Xạ
Không gian quanh Trái Đất liên tục bị tấn công bởi các hạt vũ trụ và bức xạ mặt trời. Trên bề mặt Trái Đất, con người và các thiết bị điện tử được bảo vệ khỏi “món súp” hạt tích điện ăn mòn này bởi bầu khí quyển và từ quyển của hành tinh. Nhưng càng xa Trái Đất, lớp bảo vệ đó càng yếu đi. Các nghiên cứu cho thấy phi hành đoàn máy bay có nguy cơ mắc ung thư cao hơn do thường xuyên tiếp xúc với bức xạ cao ở độ cao bay, nơi bầu khí quyển mỏng và ít có khả năng bảo vệ hơn.
Các thiết bị điện tử trong không gian có nguy cơ gặp phải ba loại vấn đề do mức độ bức xạ cao, theo Ken Mai, nhà khoa học hệ thống chính về kỹ thuật điện và máy tính tại Đại học Carnegie Mellon. Các hiện tượng được gọi là “single-event upsets” có thể gây lật bit và làm hỏng dữ liệu được lưu trữ khi các hạt tích điện va vào chip và thiết bị bộ nhớ. Theo thời gian, các thiết bị điện tử trong không gian tích lũy hư hại từ bức xạ ion hóa, làm giảm hiệu suất của chúng. Và đôi khi một hạt tích điện có thể va vào linh kiện theo cách làm dịch chuyển vật lý các nguyên tử trên chip, gây ra hư hại vĩnh viễn, Mai giải thích.
Theo truyền thống, các máy tính được phóng vào không gian phải trải qua nhiều năm thử nghiệm và được thiết kế đặc biệt để chịu được bức xạ cường độ cao trong quỹ đạo Trái Đất. Tuy nhiên, các thiết bị điện tử “không gian hóa” này đắt hơn nhiều và hiệu suất của chúng cũng kém hơn nhiều so với các thiết bị tiên tiến nhất cho điện toán trên Trái Đất. Phóng các chip thông thường là một canh bạc. Nhưng Durand nói rằng các chip máy tính tiên tiến sử dụng các công nghệ vốn dĩ có khả năng chống bức xạ tốt hơn các hệ thống trước đây. Và vào giữa tháng 3, Nvidia đã giới thiệu phần cứng, bao gồm một GPU mới, “đem điện toán AI đến các trung tâm dữ liệu quỹ đạo.”
Chen Su, người đứng đầu bộ phận marketing AI biên tại Nvidia, nói với MIT Technology Review rằng, “Các hệ thống Nvidia vốn là sản phẩm thương mại có sẵn, với khả năng chống bức xạ đạt được ở cấp độ hệ thống chứ không chỉ thông qua silicon chống bức xạ riêng lẻ.” Ông nói thêm rằng các nhà sản xuất vệ tinh tăng cường khả năng phục hồi của chip bằng cách sử dụng tấm chắn, phần mềm tiên tiến để phát hiện lỗi và các kiến trúc kết hợp các thiết bị cấp độ người tiêu dùng với các công nghệ tùy chỉnh, được gia cố.
Tuy nhiên, Mai nói rằng các chip xử lý dữ liệu chỉ là một vấn đề. Các trung tâm dữ liệu cũng sẽ cần thiết bị bộ nhớ và lưu trữ, cả hai đều dễ bị hư hại bởi bức xạ quá mức. Và các nhà điều hành sẽ cần khả năng thay thế hoặc thích nghi khi có vấn đề phát sinh. Khả năng và chi phí của việc sử dụng robot hoặc các nhiệm vụ của phi hành gia để bảo trì là một dấu hỏi lớn treo trên ý tưởng về các trung tâm dữ liệu quỹ đạo quy mô lớn.
“Bạn không chỉ cần phóng một trung tâm dữ liệu lên không gian đáp ứng nhu cầu hiện tại; bạn cần sự dự phòng, các bộ phận bổ sung và khả năng cấu hình lại, để khi có sự cố, bạn có thể thay đổi cấu hình và tiếp tục hoạt động,” Mai nói. “Đây là một vấn đề rất thách thức vì một mặt bạn có năng lượng và điện miễn phí trong không gian, nhưng lại có rất nhiều nhược điểm. Rất có thể những vấn đề đó sẽ lớn hơn những lợi thế mà bạn nhận được từ việc đặt một trung tâm dữ liệu vào không gian.”
Ngoài nhu cầu bảo trì thường xuyên, còn có nguy cơ mất mát thảm khốc. Trong các giai đoạn thời tiết không gian dữ dội, các vệ tinh có thể bị tràn ngập đủ bức xạ để làm hỏng tất cả các thiết bị điện tử của chúng. Mặt trời vừa trải qua giai đoạn hoạt động mạnh nhất trong chu kỳ 11 năm của nó với tác động tương đối ít đến các vệ tinh. Tuy nhiên, các chuyên gia cảnh báo rằng kể từ khi kỷ nguyên không gian bắt đầu, hành tinh chưa từng trải qua điều tồi tệ nhất mà mặt trời có thể gây ra. Nhiều người nghi ngờ liệu các hệ thống không gian mới, chi phí thấp đang thống trị quỹ đạo Trái Đất ngày nay có được chuẩn bị cho điều đó hay không.
3. Kế Hoạch Tránh Mảnh Vỡ Không Gian
Cả các trung tâm dữ liệu quỹ đạo quy mô lớn như Thales Alenia Space hình dung và các chòm vệ tinh nhỏ hơn của SpaceX đều gây đau đầu cho các chuyên gia về bền vững không gian. Không gian quanh Trái Đất đã khá đông đúc với các vệ tinh. Riêng các vệ tinh Starlink đã thực hiện hàng trăm nghìn lần cơ động tránh va chạm mỗi năm để tránh mảnh vỡ và các tàu vũ trụ khác. Càng nhiều vật thể trong không gian, khả năng xảy ra va chạm thảm khốc càng cao, điều này sẽ làm tắc nghẽn quỹ đạo với hàng nghìn mảnh vỡ nguy hiểm.
Các cấu trúc lớn với hàng trăm mét vuông mảng pin mặt trời sẽ nhanh chóng bị hư hại bởi các mảnh vỡ không gian nhỏ và thiên thạch, điều này theo thời gian sẽ làm giảm hiệu suất của các tấm pin mặt trời và tạo ra nhiều mảnh vỡ hơn trong quỹ đạo. Greg Vialle, người sáng lập startup tái chế quỹ đạo Lunexus Space, nói với MIT Technology Review rằng việc vận hành một triệu vệ tinh trong quỹ đạo Trái Đất thấp (LEO), khu vực không gian ở độ cao lên tới 2.000 km, có thể là không thể thực hiện một cách an toàn trừ khi tất cả các vệ tinh trong khu vực đó là một phần của cùng một mạng lưới để chúng có thể giao tiếp hiệu quả để cơ động xung quanh nhau.
“Bạn có thể chứa khoảng bốn đến năm nghìn vệ tinh trong một lớp quỹ đạo,” Vialle nói. “Nếu bạn tính tất cả các lớp trong quỹ đạo Trái Đất thấp, bạn sẽ đạt đến con số tối đa khoảng 240.000 vệ tinh.” Và tàu vũ trụ phải có khả năng vượt qua nhau ở một khoảng cách an toàn để tránh va chạm, ông nói. “Bạn cũng cần có khả năng đưa vật thể lên quỹ đạo cao hơn và quay trở lại để loại bỏ khỏi quỹ đạo,” ông nói thêm. “Vì vậy, bạn cần có khoảng trống ít nhất 10 km giữa các vệ tinh để làm điều đó một cách an toàn. Các chòm sao lớn như Starlink có thể được đóng gói chặt chẽ hơn vì các vệ tinh giao tiếp với nhau. Nhưng bạn không thể có một triệu vệ tinh quanh Trái Đất trừ khi đó là một công ty độc quyền.”
Ngoài ra, Starlink có thể muốn thường xuyên nâng cấp các trung tâm dữ liệu quỹ đạo của mình bằng công nghệ hiện đại hơn. Việc thay thế một triệu vệ tinh có lẽ cứ sau năm năm sẽ có nghĩa là lưu lượng quỹ đạo còn lớn hơn – và nó có thể làm tăng tỷ lệ mảnh vỡ tái nhập bầu khí quyển Trái Đất từ khoảng ba hoặc bốn mảnh rác mỗi ngày lên khoảng một mảnh mỗi ba phút, theo một nhóm các nhà thiên văn học đã nộp phản đối đơn đăng ký của SpaceX lên FCC. Một số nhà khoa học lo ngại rằng mảnh vỡ tái nhập có thể làm hỏng tầng ozone và làm thay đổi cân bằng nhiệt của Trái Đất.
4. Phóng và Lắp Ráp Kinh Tế
Thiết bị càng tồn tại lâu trong quỹ đạo, lợi tức đầu tư càng tốt. Nhưng để các trung tâm dữ liệu quỹ đạo có ý nghĩa kinh tế, các công ty sẽ phải tìm một cách tương đối rẻ để đưa phần cứng đó vào quỹ đạo. SpaceX đang đặt cược vào tên lửa siêu lớn Starship sắp tới của mình, loại tên lửa này sẽ có thể mang tải trọng gấp sáu lần so với tên lửa Falcon 9 hiện tại. Nghiên cứu của Thales Alenia Space kết luận rằng nếu Châu Âu muốn xây dựng các trung tâm dữ liệu quỹ đạo của riêng mình, họ sẽ phải phát triển một phương tiện phóng mạnh mẽ tương tự.
Nhưng việc phóng chỉ là một phần của phương trình. Một trung tâm dữ liệu quỹ đạo quy mô lớn sẽ không thể vừa vào một tên lửa – ngay cả một tên lửa siêu lớn. Nó sẽ cần được lắp ráp trong quỹ đạo. Và điều đó có thể sẽ yêu cầu các hệ thống robot tiên tiến chưa tồn tại. Nhiều công ty đã tiến hành các thử nghiệm trên Trái Đất với các tiền thân của các hệ thống như vậy, nhưng chúng vẫn còn xa mới có thể sử dụng trong thế giới thực.
Durand nói rằng trong ngắn hạn, các trung tâm dữ liệu quy mô nhỏ hơn có khả năng sẽ tự khẳng định mình là một phần không thể thiếu của cơ sở hạ tầng quỹ đạo, bằng cách xử lý hình ảnh từ các vệ tinh quan sát Trái Đất trực tiếp trong không gian mà không cần phải gửi chúng xuống Trái Đất. Điều đó sẽ là một sự trợ giúp rất lớn cho các công ty bán thông tin chi tiết từ không gian, vì nhiều bộ dữ liệu này cực kỳ lớn và sự cạnh tranh để có cơ hội truyền chúng xuống Trái Đất để xử lý qua các trạm mặt đất đang gia tăng.
“Điều tốt với các trung tâm dữ liệu quỹ đạo là bạn có thể bắt đầu với các máy chủ nhỏ và dần dần tăng cường và xây dựng các trung tâm dữ liệu lớn hơn,” Durand nói. “Bạn có thể sử dụng tính mô-đun. Bạn có thể học từng chút một và dần dần phát triển năng lực công nghiệp trong không gian. Chúng ta có tất cả công nghệ, và nhu cầu về cơ sở hạ tầng xử lý dữ liệu không gian là rất lớn, vì vậy việc suy nghĩ về nó là hợp lý.”
Tuy nhiên, các cơ sở nhỏ hơn có lẽ sẽ không làm được nhiều để giảm bớt gánh nặng mà các trung tâm dữ liệu trên mặt đất đang đặt lên nguồn nước và điện của hành tinh. Tầm nhìn về tương lai đó có thể mất hàng thập kỷ để thành hiện thực, một số nhà phê bình nghĩ – nếu nó thực sự cất cánh được.
Nguồn: MIT Technology Review - https://www.technologyreview.com/2026/04/03/1135073/four-things-wed-need-to-put-data-centers-in-space/
