Trong bối cảnh cuộc đua AI khiến nhu cầu tính toán bùng nổ, không gian vũ trụ đang được xem như "biên giới mới" cho hạ tầng điện toán. Tuy nhiên, như CEO Jensen Huang của Nvidia từng chia sẻ trong một cuộc họp công bố kết quả kinh doanh gần đây, vấn đề không đơn giản chỉ là đưa chip lên quỹ đạo. "Không gian thì lạnh, nhưng lại không có luồng không khí. Vì vậy, cách duy nhất để tản nhiệt là thông qua dẫn nhiệt", ông nói khi được hỏi về khả năng xây dựng trung tâm dữ liệu ngoài không gian.
Khác với Trái Đất - nơi hệ thống làm mát bằng quạt, chất lỏng hoặc điều hòa có thể dễ dàng triển khai - môi trường chân không khiến việc đối lưu nhiệt gần như không tồn tại. Điều này buộc các thiết kế truyền thống phải dựa vào các bộ tản nhiệt lớn (radiator) để phát xạ nhiệt ra không gian, làm tăng kích thước, trọng lượng và chi phí vệ tinh.
Startup Sophia Space vừa huy động được 10 triệu USD từ các quỹ Alpha Funds, KDDI Green Partners Fund và Unlock Venture Partners. Công ty dự kiến thử nghiệm công nghệ làm mát thụ động trên mặt đất, sau đó mua nền tảng vệ tinh (satellite bus) từ Apex Space để đưa hệ thống lên quỹ đạo vào cuối năm 2027 hoặc đầu 2028.
Điểm khác biệt của Sophia nằm ở thiết kế lấy cảm hứng từ một chương trình trị giá 100 triệu USD của Viện Công nghệ California nhằm phát triển nhà máy điện mặt trời trên quỹ đạo, do California Institute of Technology khởi xướng. Thay vì cấu trúc vệ tinh "hộp kim loại" truyền thống, nhóm nghiên cứu đã phát triển cấu trúc dạng buồm - mỏng, linh hoạt và có thể mở rộng.
Leon Alkalai, CTO của Sophia Space và là thành viên tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực (Jet Propulsion Laboratory) do Caltech quản lý, nhận ra rằng cấu trúc này có thể được tận dụng không chỉ để thu năng lượng mặt trời, mà còn để vận hành bộ xử lý ngay trên quỹ đạo.
Sophia - hiện là đối tác của Nvidia - đã phát triển các module máy chủ dạng mô-đun tích hợp pin mặt trời, gọi là TILES. Mỗi TILE có kích thước 1m x 1m, dày chỉ vài centimet. Nhờ thiết kế mỏng này, bộ xử lý có thể đặt sát vào một lớp phân tán nhiệt thụ động, loại bỏ nhu cầu làm mát chủ động.
Theo CEO Rob DeMillo, khoảng 92% năng lượng tạo ra có thể được dùng cho xử lý tính toán - một tỷ lệ cao hơn đáng kể so với các thiết kế truyền thống vốn tiêu tốn nhiều năng lượng cho hệ thống làm mát và quản lý nhiệt. Tuy nhiên, đổi lại, hệ thống đòi hỏi phần mềm quản lý phức tạp để phân bổ tải tính toán hợp lý giữa các bộ xử lý, tránh hiện tượng quá nhiệt cục bộ.
Trong dài hạn, Sophia Space đặt mục tiêu xây dựng các trung tâm dữ liệu ngoài không gian có quy mô lớn hơn nhiều. Tầm nhìn đến thập niên 2030 là cấu trúc 50m x 50m gồm hàng nghìn TILE, cung cấp công suất tính toán lên tới 1 MW.
Theo DeMillo, mô hình một cấu trúc lớn duy nhất sẽ hiệu quả và dễ triển khai hơn so với mạng lưới phân tán kết nối bằng laser - ý tưởng mà một số công ty khác đang theo đuổi. Ông cho rằng nếu tiếp tục sử dụng thiết kế kém hiệu quả về nhiệt và năng lượng, bài toán kinh tế sẽ không khả thi.
Trước khi đạt tới quy mô megawatt, Sophia dự định cung cấp TILES cho các nhà khai thác vệ tinh đang cần năng lực xử lý trực tiếp trên quỹ đạo. Đây có thể là các vệ tinh quan sát Trái Đất thu thập lượng lớn dữ liệu cảm biến, các hệ thống cảnh báo và theo dõi tên lửa mà Lầu Năm Góc đang đầu tư hàng tỷ USD, hoặc các mạng lưới truyền thông ngày càng phức tạp.
DeMillo thừa nhận một "bí mật công khai" của ngành vệ tinh: rất nhiều cảm biến trên quỹ đạo tạo ra terabyte, thậm chí petabyte dữ liệu mỗi vài phút, nhưng phần lớn bị loại bỏ do không thể xử lý tại chỗ và không đủ băng thông để truyền hết về Trái Đất.
Nếu năng lực tính toán được đưa trực tiếp lên quỹ đạo, vệ tinh có thể lọc, phân tích và chỉ gửi dữ liệu giá trị cao xuống mặt đất, giảm tải hạ tầng truyền dẫn và rút ngắn độ trễ.
Ý tưởng trung tâm dữ liệu ngoài không gian không còn là viễn tưởng. Các công ty như SpaceX hay Google được cho là đang nghiên cứu những cấu hình vệ tinh truyền thống với bộ tản nhiệt lớn để duy trì điều kiện nhiệt tối ưu cho chip.
Tuy nhiên, chi phí phóng, quản lý nhiệt, điều phối quỹ đạo và rủi ro vận hành vẫn là những rào cản đáng kể. Trong bối cảnh đó, giải pháp mỏng, mô-đun và làm mát thụ động của Sophia Space có thể mang lại lợi thế về hiệu quả năng lượng và khả năng mở rộng.
Nếu thành công, không gian có thể trở thành lớp hạ tầng bổ sung cho hệ sinh thái điện toán toàn cầu - đặc biệt khi nhu cầu AI, phân tích dữ liệu thời gian thực và các ứng dụng quốc phòng tiếp tục gia tăng.
Dù vậy, từ tham vọng đến thực tế vẫn còn một chặng đường dài. Thử nghiệm quỹ đạo dự kiến năm 2027-2028 sẽ là bài kiểm tra quan trọng để xác định liệu "trung tâm dữ liệu ngoài không gian" có thực sự khả thi về kỹ thuật và kinh tế, hay vẫn chỉ là một ý tưởng táo bạo trong kỷ nguyên AI.
