Mỗi khi yêu cầu trí tuệ nhân tạo (AI) trả lời một câu hỏi, tạo ra một hình ảnh hoặc viết một đoạn code, ở đâu đó trên thế giới, một cỗ máy sẽ bắt đầu hoạt động. Đằng sau mỗi phản hồi từ AI là một mạng lưới khổng lồ gồm các hệ thống tính toán hiệu năng cao được đặt trong các trung tâm dữ liệu chiếm diện tích đất lớn và tiêu thụ lượng điện năng khổng lồ. Hiện nay có hàng nghìn trung tâm dữ liệu như vậy đang hoạt động trên khắp thế giới, nhưng việc duy trì chúng ngày càng trở nên khó khăn hơn. Các trung tâm dữ liệu AI cần lượng điện rất lớn không chỉ để vận hành phần cứng tính toán mà còn để làm mát. Nhiều chuyên gia cho rằng chúng đã chạm tới một giới hạn – ngưỡng mà việc mở rộng trở nên ngày càng khó khăn.

Tuy nhiên, nhu cầu vẫn tiếp tục tăng lên. Trên phạm vi toàn cầu, lượng điện tiêu thụ của các trung tâm dữ liệu được dự báo sẽ tăng gấp đôi vào năm 2030. Đến năm 2050, các trung tâm dữ liệu có thể chiếm khoảng 10% tổng lượng điện năng tiêu thụ của toàn thế giới. Một số dự báo cho thấy riêng tại Bắc Mỹ, trong vòng ba năm tới sẽ cần bổ sung thêm từ 50 đến 100 GW công suất phát điện mới để phục vụ các trung tâm dữ liệu mới. Để dễ hình dung, một lò phản ứng hạt nhân điển hình chỉ tạo ra khoảng 1 GW công suất. Điều đó đồng nghĩa với việc Hoa Kỳ sẽ cần thêm số công suất tương đương từ 50 đến 100 lò phản ứng hạt nhân mới.

Để xem và hiểu một cách đầy đủ nội dung của video (bằng tiếng Anh), Quý độc giả nên tham khảo toàn bộ nội dung của bài viết trước khi xem video. Để xem video ở chế độ toàn màn hình (full-screen), vui lòng nhấn vào khung [ ] tại góc phải phía dưới của video hoặc nhấn phím F. 

Khi trung tâm dữ liệu rời khỏi Trái Đất

Khi công nghệ trí tuệ nhân tạo phát triển nhanh hơn khả năng cung cấp điện năng và quỹ đất trên Trái Đất, một số công ty bắt đầu tìm kiếm giải pháp ngoài không gian. Cuối năm 2025, startup vũ trụ Starcloud đã phóng một vệ tinh mang theo chip Nvidia H100, bộ xử lý mạnh nhất từng được triển khai trong không gian. Vệ tinh này mang tên Starcloud 1. Dù chỉ có kích thước tương đương một chiếc tủ lạnh nhỏ, Starcloud 1 đại diện cho một tham vọng lớn hơn rất nhiều: đưa các trung tâm dữ liệu lên quỹ đạo.

Theo Starcloud, trước đây nhiều người tin rằng các GPU và chip AI tiên tiến nhất được thiết kế cho môi trường mặt đất không thể hoạt động trong không gian. Để chứng minh điều ngược lại, công ty đã thực hiện nhiều công việc kỹ thuật liên quan đến quản lý nhiệt, khả năng chống bức xạ và các giải pháp che chắn. Starcloud 1 đã chứng minh rằng phần cứng AI tiên tiến trên Trái Đất hoàn toàn có thể vận hành ngoài quỹ đạo. Vệ tinh này bay quanh Trái Đất khoảng 90 phút mỗi vòng.

Tuy nhiên, Starcloud 1 chưa phải là một trung tâm dữ liệu. Nó chỉ là nguyên mẫu đầu tiên cho một hệ thống trong tương lai gồm hàng chục nghìn vệ tinh mang các chip tương tự và phối hợp với nhau để thực hiện các tác vụ tính toán quy mô lớn trong không gian – một khái niệm được gọi là “Orbital computing” (tính toán trên quỹ đạo).

Ý tưởng về mạng lưới tính toán trên quỹ đạo

Trong mô hình mà Starcloud hình dung, các yêu cầu từ Trái Đất sẽ được truyền lên quỹ đạo thông qua các liên kết laser. Các bộ xử lý AI đặt bên trong vệ tinh sẽ thực hiện việc tính toán bằng nguồn điện được cung cấp từ những mảng pin mặt trời khổng lồ có thể đạt diện tích tới 4 km². Các vệ tinh sẽ hoạt động như một mạng lưới tính toán liên kết với nhau và gửi kết quả trở lại Trái Đất chỉ trong vài mili giây.

Mặc dù ý tưởng này nghe giống khoa học viễn tưởng, những người ủng hộ cho rằng đây là phản ứng trước một vấn đề rất thực tế. Các trung tâm dữ liệu truyền thống tiêu thụ lượng lớn diện tích đất đai, nước và điện năng. Đồng thời, các hệ thống AI ngày càng mạnh hơn cũng tạo ra lượng nhiệt ngày càng lớn, khiến chi phí làm mát tăng cao và việc kiểm soát nhiệt trở nên khó khăn hơn. 

Không gian mang lại một số lợi thế về mặt lý thuyết. Không có giới hạn về quỹ đất, không có các cuộc tranh cãi liên quan đến cấp phép xây dựng và gần như có nguồn năng lượng mặt trời vô hạn. Tuy nhiên, hàng loạt thách thức kỹ thuật vẫn còn tồn tại. Các mảng pin mặt trời cần thiết để cấp điện cho trung tâm dữ liệu ngoài không gian sẽ có kích thước cực lớn, trong khi nhân loại hiện vẫn chưa có nhiều kinh nghiệm vận hành các hệ thống pin mặt trời ở quy mô như vậy trên quỹ đạo.

Giải pháp pin mặt trời perovskite của Singapore

Tại Đại học Công nghệ Nanyang (NTU) ở Singapore, các nhà nghiên cứu đang tìm cách giải quyết bài toán này. Trong khuôn khổ Chương trình Phát triển Công nghệ Vũ trụ Singapore, trường đại học đang thử nghiệm một loại pin mặt trời mới sử dụng vật liệu perovskite. Khác với các tấm pin mặt trời silicon truyền thống, pin perovskite có chi phí thấp hơn, trọng lượng nhẹ hơn và đủ linh hoạt để được cuộn lại khi phóng lên quỹ đạo rồi triển khai sau khi vào không gian.

Vật liệu này ban đầu tồn tại dưới dạng một loại mực hóa học được phủ lên bề mặt vật liệu. Sau đó, nó được kết tinh trong môi trường chân không để tạo thành tế bào quang điện hoàn chỉnh. Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng hệ thống pin cần được thiết kế sao cho có thể được phóng đi trong trạng thái gọn nhẹ nhưng vẫn triển khai được trên diện tích rất lớn khi hoạt động ngoài không gian.

Bài toán quỹ đạo và quản lý nhiệt

Việc tạo ra điện năng mới chỉ là một phần của vấn đề. Các tấm pin phải luôn hướng về phía Mặt Trời để tối đa hóa khả năng hấp thụ năng lượng. Trong khi đó, số lượng vệ tinh ngày càng tăng cũng khiến môi trường quỹ đạo quanh Trái Đất trở nên đông đúc hơn. Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu tại NTU đang thử nghiệm một hệ thống động cơ công suất thấp cho phép các vệ tinh nhỏ điều chỉnh quỹ đạo và tránh va chạm.

Một thách thức lớn khác là quản lý nhiệt. Trong môi trường chân không của không gian, không có không khí hay nước để mang nhiệt đi khỏi các hệ thống điện tử. Vì vậy, các tàu vũ trụ cần được trang bị bộ tản nhiệt có khả năng thu nhiệt từ máy tính và phát tán nhiệt ra không gian. Các nhà nghiên cứu mô tả đây là một hệ thống phức tạp, trong đó nhiều đột phá kỹ thuật khác nhau phải hoạt động đồng bộ mới có thể thành công.

Laser – hạ tầng truyền dữ liệu của trung tâm dữ liệu không gian

Bên cạnh nguồn điện và khả năng làm mát, truyền thông dữ liệu cũng là yếu tố sống còn. Để mô hình tính toán quỹ đạo trở nên khả thi, các vệ tinh phải truyền tải lượng dữ liệu khổng lồ cho nhau cũng như với Trái Đất. Tương tự Starcloud, startup Singapore Transcelestial tin rằng truyền thông laser là giải pháp tối ưu.

Hiện nay, khoảng 99% lưu lượng dữ liệu toàn cầu được truyền tải qua các tuyến cáp quang dưới biển. Tuy nhiên, trong không gian không tồn tại hạ tầng này. Giải pháp của Transcelestial là sử dụng chính công nghệ laser trong cáp quang nhưng truyền trực tiếp qua không gian tự do. Các liên kết laser có thể kết nối vệ tinh với vệ tinh hoặc vệ tinh với các trạm mặt đất.

So với các hệ thống truyền thông vô tuyến truyền thống, truyền thông laser có thể cung cấp băng thông lớn hơn hơn 1.000 lần. Do hoạt động trong môi trường chân không, các liên kết giữa các vệ tinh không bị ảnh hưởng bởi không khí, mưa, mây hay các điều kiện khí quyển khác. Điều này khiến laser trở thành lựa chọn đặc biệt phù hợp cho mạng lưới truyền thông trên quỹ đạo.

Tầm nhìn dài hạn của Transcelestial là xây dựng một hệ thống mang tên “The Ring” gồm khoảng 40 vệ tinh bố trí quanh đường xích đạo. Công ty hình dung một tương lai trong đó người dùng thông thường sẽ gửi và nhận dữ liệu thông qua các liên kết laser kết nối với những trung tâm dữ liệu ngoài không gian. Dữ liệu sẽ được xử lý trên quỹ đạo trước khi kết quả được gửi trở lại Trái Đất.

Yếu tố quyết định: Chi phí phóng

Dù vậy, trở ngại lớn nhất vẫn là chi phí đưa thiết bị lên quỹ đạo. Các tên lửa tái sử dụng một phần như Falcon 9 của SpaceX đã làm thay đổi đáng kể bài toán kinh tế của ngành phóng vệ tinh. Falcon 9 chứng minh tính khả thi của công nghệ tái sử dụng, nhưng mới chỉ tái sử dụng được một phần.

Starship của SpaceX hướng tới một bước tiến xa hơn: một phương tiện có thể bay lên quỹ đạo, triển khai tải trọng, quay trở về Trái Đất nguyên vẹn và chỉ cần bảo trì tối thiểu trước lần phóng tiếp theo. Nếu thành công, chi phí phóng có thể giảm từ 50 đến 100 lần. Starcloud ước tính ngưỡng hòa vốn kinh tế của các trung tâm dữ liệu ngoài không gian vào khoảng 500 USD/kg tải trọng. Trong khi đó, Starship được thiết kế để giảm chi phí xuống còn khoảng 10 đến 20 USD/kg.

SpaceX cũng đã công bố kế hoạch xây dựng các trung tâm dữ liệu riêng trong không gian và từng đề cập đến khả năng triển khai tới một triệu vệ tinh phục vụ hạ tầng AI. Ngoài SpaceX, Blue Origin cùng các startup như Axiom Space và Relativity Space cũng đã bày tỏ sự quan tâm tới mô hình trung tâm dữ liệu ngoài không gian.

Trung Quốc và cuộc đua tính toán quỹ đạo

Trong khi Hoa Kỳ chủ yếu dựa vào khu vực tư nhân, Trung Quốc đang theo đuổi một chiến lược khác tập trung vào công nghệ điện toán biên trên quỹ đạo. Thay vì gửi toàn bộ dữ liệu thô về Trái Đất, dữ liệu sẽ được xử lý và lọc ngay trên vệ tinh trước khi truyền xuống mặt đất. Chòm vệ tinh Three-Body Computing Constellation là ví dụ tiêu biểu cho hướng tiếp cận này.

Trung Quốc đã phóng 12 vệ tinh trong tổng số 2.800 vệ tinh được quy hoạch cho hệ thống. Một số ước tính cho rằng khi hoàn thành, mạng lưới này có thể đạt năng lực tính toán lớn hơn hàng trăm lần so với các hệ thống hiện có trên Trái Đất. Mặc dù chưa phải là trung tâm dữ liệu ngoài không gian theo đúng nghĩa, đây được xem là bước tiến quan trọng hướng tới mục tiêu đó.

Khác với mô hình do doanh nghiệp tư nhân dẫn dắt tại Hoa Kỳ, chương trình của Trung Quốc được tài trợ, chỉ đạo và tích hợp trực tiếp vào chính sách quốc gia. Sáng kiến này phản ánh cuộc cạnh tranh ngày càng quyết liệt giữa Trung Quốc và Hoa Kỳ trong lĩnh vực trí tuệ nhân tạo – công nghệ được xem là nền tảng cho tăng trưởng kinh tế, sức mạnh công nghệ và năng lực quốc gia trong tương lai.

Không chỉ là công nghệ mà còn là địa chính trị

Các chuyên gia cũng lưu ý rằng trung tâm dữ liệu ngoài không gian có thể mang lại lợi thế quốc phòng. Do hoạt động ngoài bề mặt Trái Đất, các hệ thống này có thể ít bị tổn thương hơn trước các cuộc tấn công vật lý hoặc một số dạng tấn công mạng. Vì vậy, việc phát triển hạ tầng tính toán trên quỹ đạo ngày càng gắn liền với các mục tiêu về tự chủ công nghệ, an ninh quốc gia và năng lực cạnh tranh chiến lược.

Một số nhà phân tích cho rằng nếu Hoa Kỳ muốn duy trì vị thế cạnh tranh, nước này cần nhanh chóng triển khai các cụm năng lực tính toán quy mô lớn trong không gian để phục vụ các vệ tinh khác. Ý nghĩa của cuộc đua này vượt xa phạm vi công nghệ. Nhiều chuyên gia tin rằng quốc gia hoặc doanh nghiệp nào xây dựng được hạ tầng này đầu tiên có thể tác động đến kiến trúc của Internet trong tương lai. Riêng Starcloud đã nộp hồ sơ xin phép triển khai 88.000 vệ tinh, trong khi các nhà khai thác khác trên thế giới đã đề xuất tổng cộng hàng triệu vệ tinh.

Tương lai của trung tâm dữ liệu

Nhiều chuyên gia cho rằng nhân loại đang ở giai đoạn khởi đầu của một “thời kỳ hoàng kim” mới của ngành công nghiệp vũ trụ. Ngày càng nhiều doanh nhân và nhà đầu tư nhận ra rằng các mô hình kinh doanh có khả năng sinh lợi thực sự có thể được xây dựng trong không gian, từ đó thu hút nguồn vốn và sự quan tâm ngày càng lớn.

Dù hầu hết các chuyên gia không tin rằng các trung tâm dữ liệu trên mặt đất sẽ biến mất trong tương lai gần, nhiều người cho rằng khi công nghệ không gian tiếp tục phát triển, ngày càng nhiều hạ tầng tính toán sẽ dần được chuyển lên quỹ đạo. Hiện tại, mọi câu trả lời do AI tạo ra vẫn phụ thuộc vào những cỗ máy đặt trên Trái Đất. Tuy nhiên, sự xuất hiện của mô hình tính toán quỹ đạo đang đặt ra một câu hỏi ngày càng quan trọng: trong tương lai, điều đó sẽ còn chính xác trong bao lâu nữa?

Để xem các tin bài khác về “Trung tâm dữ liệu”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Bloomberg Originals