Project Suncatcher của Google: Đưa hạ tầng AI lên quỹ đạo Trái Đất

Google vừa công bố những bước tiến mới nhất của Project Suncatcher — dự án đầy tham vọng nhằm đưa hạ tầng học máy (machine learning) lên không gian. Sau nhiều năm nghiên cứu, đội ngũ dự án đang chuẩn bị phóng vệ tinh nguyên mẫu đầu tiên để kiểm tra khả năng chịu đựng của chip Tensor Processing Unit (TPU) trong điều kiện khắc nghiệt ngoài không gian.

Vì sao lại là không gian?

Ý tưởng cốt lõi của Project Suncatcher khá đơn giản nhưng đầy táo bạo. Ở quỹ đạo Trái Đất tầm thấp, vệ tinh có thể tiếp cận ánh sáng mặt trời gần như liên tục, tạo ra lượng điện mặt trời cao gấp 8 lần so với trên mặt đất. Điều này mở ra tiềm năng vận hành các cụm trung tâm dữ liệu AI với nguồn năng lượng dồi dào và ổn định.

Về lâu dài, Google kỳ vọng có thể liên kết nhiều chòm vệ tinh với nhau, cho phép chúng xử lý các khối lượng công việc AI lớn ngay trên quỹ đạo. Đây được xem là một "moonshot" — dự án nghiên cứu dài hạn với mục tiêu biến không gian thành nơi lưu trữ và xử lý hạ tầng AI có khả năng mở rộng.

"Những đột phá lớn thường bắt đầu khi bạn làm việc ngược từ mục tiêu cuối cùng. Trong trường hợp của chúng tôi, đó là đảm bảo những lợi ích sâu sắc của AI — từ y tế đến khám phá khoa học — có thể đến với mọi người, trong tương lai xa."

Bài toán sống còn: Phần cứng có trụ nổi không?

Câu hỏi đầu tiên mà đội ngũ Project Suncatcher phải giải đáp là liệu phần cứng AI của họ có thể vận hành trong không gian hay không. Nhiệm vụ đầu tiên này được phát triển với sự hợp tác của Planet, và sẽ được phóng thông qua sứ mệnh Transporter-18 của SpaceX.

Hành trình lên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp kéo dài khoảng 10 phút, trong đó tàu vũ trụ phải chịu rung động dữ dội và gia tốc duy trì lên tới 10 lần trọng lực. Riêng các linh kiện như chip TPU có thể chịu lực lên tới 50 đến 100 g.

Đội ngũ đã tiến hành thử nghiệm rung động bằng cách lắc vệ tinh mạnh theo cả ba trục để mô phỏng tần số của một vụ phóng tên lửa. Kết quả ban đầu khá khả quan khi phần cứng vẫn trụ vững.

Sau khi vào không gian, mối đe dọa tiếp theo là bức xạ. Các sự kiện mặt trời và tia vũ trụ có thể gây hư hại cho thiết bị điện tử. Để kiểm tra, đội ngũ đã thử nghiệm TPU trong cơ sở chùm proton tại Phòng thí nghiệm Hạt nhân Crocker của Đại học UC Davis trong lúc chạy các khối lượng công việc AI. Kết quả cho thấy chip Trillium TPU chịu đựng tốt và có thể sống sót qua liều bức xạ ion hóa tổng cộng cao hơn mức mà chúng sẽ phải hứng chịu trong một sứ mệnh kéo dài 5 năm trên quỹ đạo.

Thách thức làm mát trong môi trường chân không

Một trong những vấn đề hóc búa nhất là làm mát trung tâm dữ liệu trên quỹ đạo. TPU tỏa ra lượng nhiệt lớn trong một diện tích nhỏ, và nếu không được tản nhiệt an toàn, chip có thể quá nhiệt. Nhưng trong không gian, không có luồng khí — chỉ có chân không.

Trong môi trường chân không, cách duy nhất để tản nhiệt là thông qua bộ tản nhiệt (radiator), đòi hỏi một cách tiếp cận hoàn toàn khác so với làm mát thiết bị điện tử trên mặt đất.

Đội ngũ đang thử nghiệm nhiều giải pháp khác nhau, bao gồm kết hợp ống dẫn nhiệt (heat pipe) và bộ tản nhiệt. Họ đã kiểm tra công nghệ này trong một buồng nhiệt chân không mô phỏng cả môi trường nhiệt lẫn chân không trong không gian. Sứ mệnh sắp tới sẽ là lần đầu tiên hệ thống làm mát TPU mới hoạt động thực tế ngoài quỹ đạo.

Kết nối vệ tinh bằng laser

Trong tương lai, mỗi vệ tinh sẽ mang theo hàng chục chip TPU và bay theo cụm quanh Trái Đất. Để duy trì băng thông cần thiết cho xử lý AI, mỗi vệ tinh phải biết chính xác vị trí của mình và vị trí tương đối so với các vệ tinh lân cận. Chúng sẽ liên lạc với nhau qua laser.

Công nghệ laser trong không gian đã tồn tại, nhưng hầu hết các hệ thống tiên tiến hiện nay được tối ưu cho băng thông thấp trên khoảng cách lớn, trong khi laser của Google cần hoạt động ở băng thông rất cao trên khoảng cách cực ngắn. Việc duy trì kết nối đòi hỏi độ chính xác phi thường — tương tự như bắn trúng một mục tiêu cỡ đồng xu từ khoảng cách hàng dặm trong khi cả hai điểm đều đang di chuyển.

Google dự kiến sẽ thử nghiệm công nghệ này vào năm 2027, khi đưa hai vệ tinh lên quỹ đạo.

Lộ trình phía trước

Project Suncatcher không phải là một bước nhảy vọt tức thời. Đây là quá trình kỹ thuật bài bản, bắt đầu từ việc chứng minh phần cứng có thể đối phó với những thực tế vật lý và khó lường của môi trường quỹ đạo.

Lần phóng đầu tiên này tập trung vào việc xem xét điều gì hiệu quả, xác định điểm thất bại và áp dụng những bài học đó cho các sứ mệnh tương lai. Cột mốc tiếp theo được đặt vào năm 2027, khi Google dự kiến đưa hai vệ tinh lên quỹ đạo để kiểm tra khả năng kết nối laser.

Đối với người dùng tại Việt Nam và toàn cầu, thành công của Project Suncatcher có thể mở ra một kỷ nguyên mới cho hạ tầng AI — nơi năng lượng mặt trời vô tận trong không gian giúp giảm gánh nặng năng lượng và hạ tầng cho các trung tâm dữ liệu dưới mặt đất, vốn đang tiêu thụ ngày càng nhiều điện năng để phục vụ các mô hình AI quy mô lớn.