Google đưa chip TPU lên quỹ đạo: Tham vọng trung tâm dữ liệu ngoài không gian

Google chuẩn bị đưa các đơn vị xử lý tensor (TPU) — con chip chuyên dụng cho trí tuệ nhân tạo do chính họ phát triển — lên quỹ đạo Trái Đất bằng tên lửa SpaceX. Đây là bước tiến mới nhất trong Dự án Suncatcher, sáng kiến xây dựng trung tâm dữ liệu ngoài không gian mà gã khổng lồ tìm kiếm đã công bố trước đó.

Chuyến bay lần này mang tính thử nghiệm, nhằm tìm hiểu xem nền tảng điện toán tự phát triển của Google có thể chịu đựng được cả sức ép khi phóng lẫn môi trường khắc nghiệt ngoài vũ trụ hay không. Về lâu dài, Google tin rằng các cụm trung tâm dữ liệu trong không gian, được cung cấp năng lượng vô hạn từ Mặt Trời, có thể là lời giải cho bài toán AI bền vững hơn.

Không phải ai cũng tin vào ý tưởng này

Không phải tất cả đều bị thuyết phục bởi tầm nhìn trên. Đầu năm nay, chuyên gia phân tích Bill Ray của hãng Gartner đã gọi ý tưởng này là "đỉnh cao của sự điên rồ". Ông lập luận rằng trung tâm dữ liệu ngoài không gian sẽ không khả thi trong nhiều thập kỷ tới, và cuối cùng cũng không phục vụ được nhu cầu dưới mặt đất.

Tuy vậy, điều đó không ngăn được cả Nvidia lẫn Google thử sức. So với những cái tên như SpaceXAI — vốn hay đặt ra các mục tiêu tham vọng như vệ tinh công suất 250 kilowatt — cách tiếp cận của Google có phần thực tế hơn. Thay vì những kế hoạch hoành tráng dựa trên bài toán chi phí phóng đáng ngờ, Dự án Suncatcher được đối xử đúng như bản chất của nó: một "moonshot" — dự án đầy tham vọng nhưng chưa chắc thành công. Và như nhiều moonshot trong quá khứ, nó có thể chẳng đi đến đâu. Hãy nhớ lại Project Loon năm nào.

Google vẫn đang ở giai đoạn đầu

Hiện tại, Google mới chỉ ở những bước đầu tiên. Họ chưa công bố bất kỳ TPU nào đạt chuẩn vũ trụ, mà thay vào đó đã đưa các accelerator Trillium hiện có qua một loạt bài kiểm tra trên mặt đất để xem liệu điều đó có khả thi.

Các thách thức là rất nhiều, như đội ngũ lãnh đạo dự án Suncatcher giải thích trong một bài đăng blog gần đây. Thách thức đầu tiên là sống sót qua hành trình vào không gian. Trong lúc phóng, các con chip phải chịu lực gia tốc lên tới 50-100 lần trọng lực. Nếu không tính toán kỹ, hệ thống có thể bị rung lắc đến mức vỡ vụn.

Kể từ khi công bố dự án, đội ngũ moonshot của Google đã thực hiện nhiều bài kiểm tra, bao gồm cả trên bàn rung để mô phỏng các lực này. Nhưng họ chỉ biết chắc chắn thiết bị có sống sót hay không khi nó thực sự ở trên quỹ đạo.

Bức xạ và bài toán tản nhiệt

Một khi đã lên quỹ đạo, các thách thức vẫn chưa dừng lại. Bên ngoài bầu khí quyển, chip sẽ phải chịu hoạt động của Mặt Trời và các tia vũ trụ, có thể gây ra lỗi đơn sự kiện như lật bit, cũng như hư hại tích lũy do bức xạ ion hóa.

Bằng cách bắn phá TPU bằng các hạt năng lượng cao tại phòng thí nghiệm Crocker Nuclear Laboratory của Đại học UC Davis, Google khá tự tin rằng chip của mình sẽ không "chết" ngay sau khi đạt quỹ đạo mục tiêu. Nhưng một lần nữa, thử nghiệm trong phòng lab chỉ có thể nói lên một phần, và còn rất nhiều thứ khác có thể hỏng hóc.

Đặc biệt là vấn đề tản nhiệt. Trong chân không vũ trụ, nhiệt không thể được mang đi bằng đối lưu, nên các vệ tinh cuối cùng sẽ phải dựa vào bức xạ nhiệt để thải nhiệt. Theo Google, họ cần khoảng 1,3 mét vuông diện tích tản nhiệt để tiêu tán nhiệt lượng sinh ra từ một TPU duy nhất. Và công ty này hy vọng nhồi được hàng chục TPU vào mỗi vệ tinh — nghĩa là diện tích tản nhiệt sẽ cực kỳ lớn.

Google cũng đang nghiên cứu các công nghệ hiện có như ống dẫn nhiệt và dung dịch làm mát tuần hoàn để đưa nhiệt từ TPU tới các bộ tản nhiệt.

Chuyến phóng đầu tiên và giới hạn thực tế

Với lần phóng đầu tiên, Google nhằm mục đích xem cái gì hiệu quả, cái gì không, và xác định các điểm hỏng hóc để khắc phục trong những sứ mệnh sau. Vệ tinh thử nghiệm dự kiến sẽ được phóng trong sứ mệnh chia sẻ chuyến Transporter-18 trên tên lửa Falcon 9 của SpaceX vào ngày 1/10.

Tuy nhiên, thách thức của Google vượt xa bản thân các con chip. Kể cả khi họ tìm ra cách chế tạo TPU đạt chuẩn vũ trụ mà không tốn quá nhiều tiền, các hệ thống phóng hiện có vẫn đặt ra giới hạn thực tế về kích thước. Vì lý do này, việc huấn luyện và suy luận AI trong không gian sẽ phải trải rộng trên nhiều vệ tinh, đòi hỏi các kết nối tốc độ cao.

Ở khoảng cách cần thiết, điều này đồng nghĩa với truyền thông bằng laser. Google lập luận công nghệ này đã được hiểu rõ, nhưng chưa được điều chỉnh cho các yêu cầu của AI trên quỹ đạo. Hầu hết liên lạc giữa các vệ tinh hiện nay có băng thông tương đối thấp trên diện rộng. Các cụm của Google lại cần điều ngược lại: băng thông cực cao trong khoảng cách tương đối nhỏ.

Bài toán kinh tế vẫn bỏ ngỏ

Kể cả khi Google chứng minh được các cụm trung tâm dữ liệu trên quỹ đạo có thể vận hành, vẫn không có gì đảm bảo chúng sẽ hiệu quả về mặt kinh tế. Trao đổi với The Register đầu năm nay, startup trung tâm dữ liệu không gian Orbital thừa nhận toàn bộ canh bạc này phụ thuộc vào việc các tên lửa của SpaceX và những công ty khác đưa chi phí lên quỹ đạo từ khoảng 7.000 USD/kg hiện nay xuống chỉ còn 10 USD/kg — một mục tiêu mà nhiều người tỏ ra hoài nghi liệu SpaceX có thực sự đạt được hay không.

Nói về SpaceX, bộ phận AI của công ty tên lửa này là SpaceXAI đặt mục tiêu đưa các hệ thống thử nghiệm không gian đầu tiên lên quỹ đạo vào cuối năm sau. Nếu mọi việc suôn sẻ, hệ thống đơn giản hóa này có thể là khởi đầu cho một chòm sao lên tới một triệu vệ tinh. Nhưng như thường lệ với những tuyên bố của Elon Musk — và cả những moonshot của Google — giấc mơ không phải lúc nào cũng thành hiện thực, và kể cả khi thành hiện thực, chúng cũng không diễn ra nhanh như người ta hy vọng.

Đối với độc giả Việt Nam theo dõi xu hướng hạ tầng AI, Dự án Suncatcher của Google đáng chú ý vì nó cho thấy cuộc đua điện toán AI đang dần vượt ra khỏi giới hạn của các trung tâm dữ liệu trên mặt đất, nơi tiêu thụ điện và nước làm mát đang ngày càng gây sức ép. Tuy nhiên, với khoảng cách công nghệ và chi phí phóng hiện tại, khó có thể kỳ vọng điều này tác động tới hạ tầng AI trong nước trong ngắn hạn.