HPE đưa trí tuệ nhân tạo lên Mặt Trăng trước cuối năm nay

Quên chuyện trung tâm dữ liệu trong quỹ đạo đi. Trước khi năm nay kết thúc, HPE sẽ đưa trí tuệ nhân tạo lên vận hành ngay trên Mặt Trăng.

Đây không phải ý tưởng viển vông của một vị lãnh đạo nào đó. HPE đã nhiều năm xây dựng các nền tảng điện toán quỹ đạo cho Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). Giờ đây, hãng chuyển sang thế hệ thứ tư của dòng Spaceborne Computer, đặt trên rover Mặt Trăng FLIP (Flex Lunar Innovation Platform) của Astrolab.

Máy tính Spaceborne Computer 4 của HPE

Sứ mệnh và bối cảnh

Rover này thuộc chương trình Dịch vụ Tải trọng Mặt Trăng Thương mại (CLPS) của NASA, dự kiến được tàu đổ bộ Griffin-1 của Voyager Technologies triển khai gần cực Nam Mặt Trăng trong năm nay. Nếu hạ cánh an toàn, FLIP sẽ trở thành bệ thử nghiệm cho nhiều công nghệ mới, trong đó có nền tảng điện toán vũ trụ mới nhất của HPE.

Cụ thể, Spaceborne Computer 4 (gọi tắt là SBC4) sẽ thực hiện một loạt thử nghiệm tập trung vào AI và điện toán hiệu năng cao (HPC) trong suốt sứ mệnh kéo dài một năm tại cực Nam Mặt Trăng.

Điều gì đã biết về SBC4

Con chip thực sự vận hành SBC4 vẫn còn là ẩn số. Theo giải thích, lý do giữ bí mật chủ yếu nằm ở tính rủi ro cao của sứ mệnh: nếu phần cứng hỏng, đối tác điện toán của HPE không muốn tên mình bị gắn với thất bại đó.

Điều đã biết là hệ thống được trang bị một CPU tiêu thụ điện năng thấp, một bộ xử lý đồ họa, cùng hai ổ SSD Kioxia sao lưu gương với tổng dung lượng 1 TB. Dù sẽ là một trong những máy tính mạnh nhất trên Mặt Trăng, đây vẫn là một hệ thống khá nhỏ, bởi rover FLIP không có ngân sách năng lượng hay nhiệt dồi dào — bộ tản nhiệt của rover chỉ có thể tiêu tán một lượng nhiệt nhất định.

Kích thước khoảng 5x10 inch và dày chừng một inch, hệ thống đủ chỗ cho nhiều nền tảng điện toán hiện có. Có thể nó dùng Nvidia GB10, AMD Xilinx Versal AI, hoặc thậm chí là phần cứng của một chiếc smartphone cũ. Phải đợi đến khi thiết bị khởi động mới biết chắc.

Ông Mark Fernandez, nhà khoa học trưởng mảng công nghệ vũ trụ của HPE, cầm trên tay Spaceborne Computer 4

Rõ ràng hơn là những gì SBC4 sẽ chạy và chạy ở đâu. NASA dự kiến thực hiện một loạt bài kiểm tra mô hình ngôn ngữ lớn (LLM) đã được tinh chỉnh trên hệ thống, bao gồm một hệ thống RAG (retrieval augmented generation) hỗ trợ tìm kiếm và diễn giải tài liệu trên khoang. Ngoài ra, hệ thống còn đảm nhận việc chạy các thuật toán học máy trên dữ liệu từ camera và LiDAR.

Song song với AI, SBC4 sẽ chạy một số phép đo chuẩn HPC nhằm đẩy hệ thống đến giới hạn, gồm HPL (High Performance Linpack) và HPCG (High Performance Conjugate Gradient). Điều này đồng nghĩa HPE và Astrolab có thể sớm nắm giữ danh hiệu lần đầu tiên nộp kết quả lên bảng xếp hạng Top500 từ một thiên thể khác. Không chỉ cấp năng lượng cho những siêu máy tính nhanh nhất Trái Đất, hệ thống của HPE còn có thể sớm giữ vị trí số một trên Mặt Trăng — dù tiêu chuẩn ở đó chẳng cao lắm.

Ngoài giá trị danh tiếng, một khối lượng công việc như HPL còn có ích ích khác, chẳng hạn giúp rover không bị đóng băng trong những chu kỳ đêm kéo dài khoảng 14 ngày mà nó sẽ liên tục trải qua.

Gia cố SBC4 cho Mặt Trăng

Rover, và kéo theo là SBC4, sẽ phải chịu đựng rung chấn cực mạnh khi phóng và hạ cánh, biến động nhiệt độ dữ dội, chưa kể tia vũ trụ và bức xạ Mặt Trời do Mặt Trăng thiếu bầu khí quyển dày và từ trường che chắn như trên Trái Đất.

Thế nhưng bức xạ hóa ra không phải vấn đề lớn như ta tưởng. Theo ông Fernandez, SBC4 phần lớn được lắp ráp từ các linh kiện đóng gói sẵn, kể cả ổ SSD. Nền tảng dùng ổ Kioxia BG6 M.2 tiêu chuẩn, với tuyến bảo vệ chính là RAID 1 bằng phần mềm.

"Đó là một bản sao gương thầm lặng. Thứ tự khởi động là thử ổ này, nếu nó gặp sự cố thì chuyển sang ổ kia," ông Mark Fernandez, nhà khoa học trưởng mảng công nghệ vũ trụ và giải pháp của HPE, giải thích. "Với chín năm kinh nghiệm dùng ổ trên Trạm Vũ trụ, chúng tôi thậm chí đã thuyết phục được họ rằng không cần làm gì đặc biệt cho môi trường vũ trụ."

Tuy vậy, trước đây quan điểm không phải như vậy. Những thế hệ Spaceborne Computer đầu tiên từng có tỷ lệ hỏng SSD cao. Nhưng hóa ra các ổ tương tự triển khai dưới mặt đất cũng hỏng như vậy. Nguyên nhân không phải tia vũ trụ hay hạt năng lượng từ Mặt Trời mà là tụ điện lỗi. "Từ năm 2019 đến giờ tôi không gặp hỏng SSD nào," ông nói.

Dù linh kiện đóng gói sẵn có khả năng chống bức xạ đáng ngạc nhiên — ít nhất trong giới hạn sứ mệnh của FLIP — HPE vẫn đầu tư mạnh vào dự phòng và phục hồi dựa trên phần mềm. Fernandez gọi đây là "gia cố phần cứng bằng phần mềm": các chu kỳ CPU nhàn rỗi được dùng để liên tục giám sát và so sánh các chỉ số phần cứng với bảng trạng thái. Nếu một thông số vượt ngưỡng, SBC4 sẽ tự hành động để bảo vệ mình.

"Ở mức cao nhất, tôi muốn chạy hết tốc lực. Không được thì tôi chạy chậm hơn. Nếu vẫn không được, tôi muốn được khởi động nhưng không chạy gì, rồi có thể máy chủ sẽ phục hồi. Và tình huống xấu nhất, tôi muốn được tắt nguồn thay vì bị phá hủy," ông giải thích.

Ở tận cùng của vùng biên

FLIP chủ yếu là phương tiện chứng minh khái niệm, tức bệ thử cho các công nghệ có thể sẽ lên Mặt Trăng trong những sứ mệnh khác. Việc đưa SBC4 lên phản ánh thực tế vận hành ở vùng biên xa xôi nhất của quỹ đạo Trái Đất.

Độ trễ giữa Trái Đất và Mặt Trăng không tệ như sao Hỏa, nơi thời gian liên lạc khứ hồi lên tới 44 phút, nhưng chỉ 2,5 giây cũng đủ khiến việc điều khiển thời gian thực từ Houston — hay từ trung tâm điều khiển của Astrolab ở Hawthorne, California — trở nên khó khăn. Băng thông dành cho rover càng làm phức tạp thêm tình hình: khi Artemis 2 bay quanh Mặt Trăng hồi đầu năm, các phi hành gia không thể gửi ảnh độ phân giải cao về theo thời gian thực do thiếu băng thông; mãi đến khi trên đường về Trái Đất họ mới thiết lập được đường truyền đủ lớn.

Vì lý do này, SBC4 được thiết kế để hoạt động "ở tận cùng của vùng biên", theo Fernandez. Với ràng buộc băng thông, việc xử lý tại chỗ phần lớn dữ liệu và đo lường từ mảng camera, LiDAR và cảm biến môi trường của rover dễ hơn nhiều so với gửi về.

"Điều quan trọng là gửi về Trái Đất những hiểu biết, chứ không phải toàn bộ dữ liệu thô bất cứ khi nào có thể. Vì vậy, năng lực điện toán biên để xử lý dữ liệu thô tại chỗ giúp tiết kiệm băng thông về Trái Đất," ông Jaret Matthews, CEO Astrolab, cho biết.

Không chỉ Matthews nghĩ vậy. Đầu năm nay, CEO Nvidia Jensen Huang cũng mô tả những thách thức và cơ hội của điện toán trong không gian: "Có rất nhiều bài toán điện toán thực sự muốn được thực hiện trong không gian. Một trong những ứng dụng tốt nhất của GPU trong vũ trụ là xử lý ảnh."

Trong khi đó, tham vọng của nhiều hãng còn lớn hơn nhiều. Google, Amazon và SpaceX đều đang quảng bá trung tâm dữ liệu quỹ đạo chạy bằng năng lượng Mặt Trời như lời giải cho giới hạn điện năng trên mặt đất — Elon Musk thậm chí muốn thuyết phục thiên hạ rằng ông sẽ sản xuất trung tâm dữ liệu không gian sâu trên Mặt Trăng rồi phóng chúng vào vùng xa của hệ Mặt Trời bằng máy phóng khối lượng. Tuy vậy, tính kinh tế của việc đưa những trung tâm dữ liệu đó lên quỹ đạo thấp Trái Đất vẫn chưa được chứng minh và hiện chưa khả thi. Dù vậy, các lãnh đạo của HPE, Astrolab, Kioxia và NASA vẫn tin rằng trung tâm dữ liệu trong không gian là khả thi về dài hạn.

Rover FLIP của Astrolab trong phòng sạch tại Hawthorne, California, chuẩn bị cho chuyến bay lên Mặt Trăng

Về rover FLIP

FLIP sẽ là rover lớn nhất do Mỹ phóng lên kể từ xe buggy chở người của chương trình Apollo. Được Astrolab thiết kế với chiều dài khoảng 2,13 mét và nặng chừng nửa tấn, rover này chứa đầy camera, cảm biến và cả một máy chiếu — thứ mà trong tương lai sẽ thay thế màn hình LCD trên các sứ mệnh có phi hành đoàn lên bề mặt Mặt Trăng.

Với mục đích của FLIP, máy chiếu chủ yếu dùng để chiếu logo các đối tác lên bề mặt Mặt Trăng như một chiêu quảng cáo nhằm duy trì hoạt động cho cơ sở của Astrolab trong khi hãng phát triển rover FLEX — được Matthews ví như một chiếc F150 hay máy ủi Caterpillar dành cho Mặt Trăng.

Ngoài thiết bị khoa học, tấm pin Mặt Trời và bộ tản nhiệt, điểm nổi bật nhất của FLIP có lẽ là bộ bánh xe lớn bất thường. Do Venturi Space phát triển cùng bộ pin của rover, các bánh xe này hoạt động như lốp hơi nhưng không cần khí hay cao su. Kích thước lớn cũng là chủ đích: cùng loại bánh này sẽ được dùng cho rover CLV-1 của NASA, dự kiến phóng vào năm 2028. Cũng như FLIP là bệ thử cho nền tảng điện toán Mặt Trăng của HPE, rover này sẽ là bệ thử cho bánh xe của Venturi.

SBC4 và FLIP dự kiến phóng trên tên lửa Falcon Heavy của SpaceX trong năm nay, rồi được tàu đổ bộ Griffin-1 của Astrobotic đưa tới cực Nam Mặt Trăng. Griffin thuộc loại tàu đổ bộ hạng trung, đường kính khoảng 4,5 mét và cao khoảng 2 mét, được trang bị bảy động cơ chính phụ trách từ phóng chuyển quỹ đạo Mặt Trăng, hiệu chỉnh quỹ đạo, chèn quỹ đạo Mặt Trăng đến hạ cánh có điều khiển. Bốn cụm động cơ điều khiển thái độ sẽ (hy vọng) giữ tàu đúng hướng.

FLIP dự kiến hạ cánh gần khu vực Mons Mouton, ven cực Nam Mặt Trăng, trước khi năm nay kết thúc. Với giới công nghệ Việt Nam, sự kiện này là lời nhắc rằng điện toán biên và AI tại chỗ đang mở rộng ra cả những môi trường khắc nghiệt nhất — nơi mà việc xử lý dữ liệu ngay tại nguồn không còn là lựa chọn tối ưu mà là điều kiện bắt buộc để vận hành.