Các trung tâm dữ liệu đang nổi lên như một điểm nóng môi trường mới cho ngành công nghệ. Mối quan tâm của công chúng ngày càng tăng về sự tiêu thụ điện và nước khổng lồ của chúng. Phản ứng của ngành công nghệ trước vấn đề này là gì? Đặt các trung tâm dữ liệu trong không gian.

Không gian là một nơi tuyệt vời cho các trung tâm dữ liệu vì nó giải quyết một trong những vấn đề lớn nhất khi đặt trung tâm dữ liệu trên Trái đất: năng lượng, theo Travis Beals, giám đốc cấp cao về mô hình trí tuệ của Google.

“Mặt trời là nguồn năng lượng cuối cùng trong hệ mặt trời của chúng ta, phát ra nhiều năng lượng hơn 100 nghìn tỷ lần tổng sản lượng điện của nhân loại,” ông giải thích trong một blog của công ty. “Ở quỹ đạo phù hợp, một tấm pin mặt trời có thể có năng suất gấp tám lần so với trên Trái đất và tạo ra năng lượng gần như liên tục, giảm nhu cầu về pin.”

“Trong tương lai, không gian có thể là nơi tốt nhất để mở rộng quy mô điện toán AI,” ông khẳng định. “Làm việc ngược lại từ đó, nghiên cứu mới của chúng tôi, Dự án Suncatcher, hình dung ra các chòm sao nhỏ gọn gồm các vệ tinh chạy bằng năng lượng mặt trời mang theo Google TPU (Tensor Processing Units) và được kết nối bằng các liên kết quang học không gian tự do. Cách tiếp cận này sẽ có tiềm năng to lớn về quy mô và cũng giảm thiểu tác động đến tài nguyên trên cạn.”

SpaceX cũng đồng ý với ý tưởng về các trung tâm dữ liệu trong không gian. Tháng trước, công ty đã đệ đơn yêu cầu lên Ủy ban Truyền thông Liên bang (FCC) để phóng một chòm sao lên đến một triệu vệ tinh chạy bằng năng lượng mặt trời mà họ cho biết sẽ đóng vai trò là trung tâm dữ liệu cho trí tuệ nhân tạo.

Hồ sơ khẳng định rằng kế hoạch vệ tinh của họ là “cách hiệu quả nhất để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về sức mạnh tính toán AI” và mô tả chúng như “bước đầu tiên để trở thành một nền văn minh cấp Kardashev II — một nền văn minh có thể khai thác toàn bộ sức mạnh của Mặt trời — đồng thời đảm bảo tương lai đa hành tinh của nhân loại.”

Thang đo Kardashev là một khuôn khổ được đề xuất vào năm 1964 bởi nhà thiên văn học Liên Xô Nikolai Kardashev để phân loại các nền văn minh theo mức tiêu thụ năng lượng của chúng:

• Cấp I: sử dụng toàn bộ năng lượng trên hành tinh quê hương

• Cấp II: sử dụng toàn bộ năng lượng của ngôi sao

• Cấp III: sử dụng toàn bộ năng lượng của thiên hà

Sức mạnh gần như không giới hạn

Các nhà phân tích trong ngành cho biết lập luận về năng lượng đang thúc đẩy phần lớn động lực ban đầu đằng sau các đề xuất trung tâm dữ liệu quỹ đạo.

“Không gian về cơ bản cung cấp quyền truy cập gần như không giới hạn vào năng lượng với chi phí cận biên gần bằng không,” Gordon Bell, giám đốc chiến lược và thực thi tại EY-Parthenon, cho biết.

“Không gian cung cấp một giải pháp tiềm năng cho nút thắt cổ chai lớn nhất và dai dẳng nhất hiện đang phải đối mặt với ngành công nghiệp trung tâm dữ liệu,” ông nói. “Ngành trung tâm dữ liệu đang bị cản trở bởi những hạn chế về năng lượng sẽ không sớm được giải quyết.”

Ông giải thích rằng việc xây dựng cơ sở hạ tầng phát điện và truyền tải mới là những nỗ lực kéo dài nhiều năm, do các yếu tố như:

• chuỗi cung ứng

• các rào cản quy định

• thiếu lao động

• sự phản đối của cộng đồng

Ông cũng lưu ý rằng việc cung cấp năng lượng để vận hành thiết bị CNTT và làm mát trong trung tâm dữ liệu là chi phí vận hành lớn nhất.

“Hầu hết các trung tâm dữ liệu trong không gian được hình dung sẽ được đặt trên quỹ đạo đồng bộ với mặt trời, đối diện với mặt trời 24/7,” ông nói. “Điều này sẽ cho phép tạo ra năng lượng mặt trời với hiệu suất rất cao, cũng như giảm nhu cầu về bất kỳ thiết bị làm mát hoặc dự phòng nào.”

“Các thiết bị làm mát truyền thống gần như sẽ bị loại bỏ, vì không gian rất lạnh và nhiệt sẽ được đẩy vào không gian thông qua các bộ tản nhiệt,” ông tiếp tục. “Thiết bị dự phòng cũng có thể được loại bỏ, vì nguồn phát điện — mặt trời — sẽ luôn tỏa sáng và tạo ra năng lượng.”

Lời hứa quỹ đạo so với rủi ro thực tế

Ellis Scherer, nhà phân tích chính sách về băng thông rộng, phổ tần và chính sách không gian tại Information Technology and Innovation Foundation, đồng ý rằng các trung tâm dữ liệu quỹ đạo có thể giải quyết một số mối quan tâm về môi trường và lưới điện.

“Các trung tâm dữ liệu trong không gian có thể truy cập năng lượng mặt trời 24/7 trong một số quỹ đạo đồng bộ với mặt trời, cung cấp cho chúng tất cả năng lượng cần thiết để hoạt động mà không gây áp lực lớn cho lưới điện trên Trái đất,” ông nói.

Điều này có thể giảm lo ngại về việc người tiêu dùng phải trả chi phí năng lượng cao hơn.

Ông cũng chỉ ra rằng:

• không có nguy cơ cạn kiệt đất xây dựng

• không có yêu cầu cấp phép phức tạp

• không có phản đối từ cộng đồng địa phương

Tuy nhiên, ông nhấn mạnh rằng vẫn có những thách thức đáng kể, đặc biệt đối với các hệ thống quy mô lớn như đề xuất của SpaceX.

“Một chòm sao gồm một triệu vệ tinh lớn hơn bất cứ hệ thống nào hiện đang tồn tại,” ông nói.

Ông cũng lưu ý rằng không gian là một môi trường khắc nghiệt và khó đoán, và nếu một trung tâm dữ liệu gặp sự cố trên quỹ đạo thì gần như không thể sửa chữa.

Ngoài ra, chi phí xây dựng và phóng các trung tâm dữ liệu vào không gian với tốc độ cần thiết để theo kịp sự bùng nổ AI có thể rất cao.

Chi phí phần cứng có thể vượt lợi ích năng lượng

Andrew Yoon, kỹ sư phần mềm tại tổ chức phi lợi nhuận CivAI, cho rằng mặc dù các trung tâm dữ liệu đang gây ra căng thẳng về nguồn cung năng lượng trong ngắn hạn, năng lượng không phải là yếu tố chi phí lớn nhất.

“Theo một số ước tính, chi phí năng lượng và đất đai chỉ chiếm khoảng 25% tổng chi phí của trung tâm dữ liệu,” ông nói. “Phần cứng AI mới là yếu tố chi phí lớn nhất.”

Ông giải thích rằng việc chuyển trung tâm dữ liệu vào không gian sẽ khiến phần cứng này đắt hơn nhiều.

“Phần cứng không thể được sửa chữa hoặc nâng cấp trên quy mô lớn trong không gian,” ông nói. “Bảo trì vệ tinh cực kỳ khó khăn, đặc biệt nếu bạn có hàng trăm nghìn vệ tinh.”

Để các trung tâm dữ liệu trong không gian trở nên khả thi, chúng phải rẻ hơn để xây dựng trong không gian so với trên Trái đất.

“Nếu bạn nhìn vào các phép tính hiện nay, việc làm bất cứ điều gì trong không gian đều tốn kém hơn rất nhiều so với trên Trái đất.”

Ông cho rằng ngay cả trong kịch bản lạc quan nhất, cũng sẽ mất khoảng 10 năm để xây dựng một trung tâm dữ liệu trong không gian.

Nhu cầu xử lý dữ liệu trong không gian

Mặc dù hoài nghi về các trung tâm dữ liệu quỹ đạo quy mô lớn, Jim Dunstan của tổ chức TechFreedom cho rằng vẫn có nhu cầu quan trọng đối với xử lý dữ liệu trong không gian.

“Khoảng 85% dữ liệu được thu thập bởi các vệ tinh viễn thám Trái đất bị bỏ đi vì không có đủ băng thông để truyền xuống,” ông nói.

Các vệ tinh hiện tại không có:

• đủ băng thông để truyền dữ liệu

• đủ sức mạnh xử lý để phân tích dữ liệu trên quỹ đạo

Do đó, nhiều dữ liệu bị loại bỏ trước khi được truyền về Trái đất.

Các trung tâm dữ liệu trong không gian có thể:

• phân tích dữ liệu trực tiếp trên quỹ đạo

• xác định dữ liệu quan trọng

• chỉ gửi thông tin cần thiết về Trái đất

Alvin Nguyen, nhà phân tích tại Forrester Research, đồng ý rằng sẽ có nhu cầu tính toán trong không gian trong tương lai để hỗ trợ:

• thăm dò không gian

• khai thác tài nguyên

• các ứng dụng dữ liệu khác

Xử lý dữ liệu gần nơi dữ liệu được tạo ra sẽ giúp:

• giảm độ trễ

• sử dụng băng thông hiệu quả hơn

Một hệ sinh thái trung tâm dữ liệu kết hợp

Các dự báo ban đầu cho thấy điện toán quỹ đạo sẽ phát triển dần dần, thay vì thay thế các trung tâm dữ liệu mặt đất ngay lập tức.

Theo Mark N. Vena, trung tâm dữ liệu trong bối cảnh không gian ban đầu sẽ là mô hình kết hợp.

Các ứng dụng đầu tiên có thể bao gồm:

• xử lý dữ liệu vệ tinh

• mạng truyền thông không gian

Trong khi đó, điện toán đám mây truyền thống vẫn sẽ chủ yếu nằm trên Trái đất.

Ông dự đoán rằng:

• các nguyên mẫu nhỏ sẽ xuất hiện trước

• điện toán quỹ đạo có thể xuất hiện cuối những năm 2020

• các cụm trung tâm dữ liệu thương mại có thể xuất hiện đầu những năm 2030

Công ty khởi nghiệp Starcloud thậm chí đã hình dung một cấu trúc trung tâm dữ liệu khổng lồ trên quỹ đạo kích thước 4 km × 4 km, gồm hàng trăm vệ tinh được gắn vào một khung và các cánh pin mặt trời.

Một cơ sở như vậy có thể thay thế khoảng 50 trung tâm dữ liệu trên Trái đất.

Tương lai của trung tâm dữ liệu ngoài Trái đất

Khi nhu cầu dữ liệu của xã hội tiếp tục tăng theo cấp số nhân — đặc biệt do AI thúc đẩy — các công ty có thể phải tìm kiếm giải pháp ngoài bầu khí quyển của Trái đất.

Theo Rob Enderle, thậm chí có thể có một giải pháp khác.

“Tôi nghĩ đặt trung tâm dữ liệu trên Mặt Trăng sẽ tốt hơn nhiều, nếu có thể giải quyết vấn đề độ trễ dữ liệu,” ông nói.

Ông cho rằng điều đó sẽ:

• giúp tản nhiệt hiệu quả hơn

• giảm rủi ro nếu trung tâm dữ liệu gặp sự cố

Điều này có thể mở ra một kỷ nguyên mới của cơ sở hạ tầng điện toán ngoài Trái đất.