Vệ tinh Google mang chip TPU lần đầu lên không gian
Một vệ tinh thử nghiệm của Google đã được phóng từ California trên tên lửa SpaceX. Đây là lần đầu tiên tập đoàn công nghệ đưa một trong những chip tiên tiến của mình lên không gian để kiểm tra khả năng hoạt động ngoài quỹ đạo.
Vệ tinh do Planet Labs chế tạo mang theo TPU (bộ xử lý chuyên dụng của Google, được thiết kế để tăng tốc các phép tính trí tuệ nhân tạo). Thiết bị sẽ giúp xác định liệu con chip có thể vận hành ổn định khi phải đối mặt với những điều kiện khó khăn hơn nhiều so với phòng thí nghiệm trên mặt đất hay không.
“Chúng tôi đã thử nghiệm trên mặt đất, nhưng không có phép thử nào hoàn toàn thay thế được việc đưa thiết bị vào môi trường thực tế”, Travis Beals, lãnh đạo dự án Suncatcher của Google, cho biết.
Thử thách không chỉ nằm ở con chip
Để hoạt động, chip cần được cấp nguồn liên tục khoảng 1 kilowatt, đồng thời phải được làm mát và vận hành thử với nhiều mô hình trí tuệ nhân tạo. Trong một trung tâm dữ liệu trên Trái Đất, nguồn điện và hệ thống làm mát có thể được xây dựng, bảo trì tương đối dễ dàng. Trên vệ tinh, cả hai đều bị giới hạn bởi kích thước, khối lượng và lượng năng lượng có thể tạo ra.
Khi vệ tinh được đưa vào hoạt động, Google dự định cho TPU chạy theo từng đợt 15 phút. Cách làm này giúp tránh khiến hệ thống cấp điện và kiểm soát nhiệt bị quá tải. Nhiệt là vấn đề đặc biệt đáng lưu ý: trên Trái Đất, quạt và không khí giúp tản nhiệt, còn trong không gian, việc đưa nhiệt ra khỏi thiết bị phức tạp hơn nhiều.
Vệ tinh hiện tại dựa trên một nền tảng tiêu chuẩn của Planet Labs. Hai công ty đang chuẩn bị một cuộc thử nghiệm khác, dự kiến phóng vào năm tới, với hai vệ tinh được thiết kế chuyên biệt hơn cho tính toán hiệu năng cao. Chúng sẽ thử liên lạc với nhau bằng laser (chùm ánh sáng dùng để truyền dữ liệu), thay vì chỉ dựa vào các kết nối vô tuyến thông thường.
Mục tiêu dài hạn: mạng lưới 81 vệ tinh xử lý song song
Dự án Suncatcher không chỉ nhằm chứng minh một con chip có thể sống sót ngoài không gian. Google đang nghiên cứu cách xây dựng những cụm máy tính lớn trên quỹ đạo, nơi nhiều vệ tinh phối hợp xử lý các tác vụ trí tuệ nhân tạo.
Trong viễn cảnh mà hãng hướng tới, 81 vệ tinh sẽ bay gần nhau và cùng thực hiện công việc. Khi đó, dữ liệu có thể được chia thành nhiều phần để các vệ tinh xử lý song song, tương tự cách một trung tâm dữ liệu trên mặt đất phân chia nhiệm vụ cho nhiều máy chủ.
Tuy nhiên, để các chip hoạt động cùng nhau hiệu quả, tốc độ truyền dữ liệu và độ trễ giữa chúng rất quan trọng. Độ trễ là khoảng thời gian tín hiệu cần để đi từ thiết bị này đến thiết bị khác; nếu thời gian chờ quá lâu, các bộ xử lý phải tạm dừng, làm giảm hiệu suất của toàn hệ thống.
“Băng thông và độ trễ giữa các TPU thực sự rất quan trọng khi chạy một khối lượng công việc trải trên nhiều tủ máy. Chúng tôi muốn tính đến không chỉ những tác vụ hiện có, mà cả những gì có thể xuất hiện trong năm năm tới”, Beals nói.
Hiện tại, tên lửa và hạ tầng cần thiết để đưa những cụm vệ tinh lớn lên quỹ đạo với chi phí hợp lý vẫn chưa sẵn sàng. Vì vậy, Suncatcher được xem là một dự án dài hạn, hướng đến nhu cầu tính toán trong tương lai thay vì một dịch vụ có thể triển khai ngay lập tức.
Google không phải bên duy nhất thử nghiệm AI trên quỹ đạo
Tên lửa trong chuyến phóng này mang theo hơn 100 tải trọng khác nhau, bao gồm các nhiệm vụ của Satlyt và Cowboy Space Company. Nhiều công ty đang tìm hiểu việc xử lý dữ liệu trong không gian, nhưng kế hoạch của Google nổi bật ở quy mô và khoảng thời gian hướng tới: xây dựng hạ tầng có thể phục vụ các khối lượng công việc AI lớn trong nhiều năm tới.
Một trung tâm dữ liệu trên quỹ đạo có thể đem lại lợi thế trong một số tình huống, chẳng hạn xử lý dữ liệu được vệ tinh quan sát Trái Đất thu thập ngay gần nơi dữ liệu hình thành. Thay vì gửi toàn bộ ảnh hoặc phép đo xuống mặt đất, vệ tinh có thể phân tích trước và chỉ truyền kết quả quan trọng. Dù vậy, đây mới là khả năng cần được kiểm chứng, không phải lợi ích đã được chứng minh ở quy mô thương mại.
Bài toán lớn: phải giảm mạnh chi phí phóng
Trong nghiên cứu cập nhật về trung tâm dữ liệu quỹ đạo, Google phân tích cách giá đưa hàng hóa lên không gian có thể giảm theo thời gian. Đây không phải là đánh giá khẳng định dự án đã khả thi về kinh tế, nhưng những con số cho thấy hãng kỳ vọng tên lửa có thể trở nên rẻ hơn đáng kể.
Nhóm nghiên cứu cho rằng SpaceX đã đạt mức giảm chi phí nhờ quá trình tích lũy kinh nghiệm trong chế tạo và vận hành tên lửa. Dựa trên xu hướng đó, họ xem mục tiêu đưa giá phóng xuống gần 200 USD mỗi kilogram vào năm 2035 là có thể hình dung được.
Để đạt mức giá như vậy, theo phép tính dựa trên lượng hàng hóa mà Falcon 9 từng đưa lên quỹ đạo, Starship có thể phải vận chuyển tổng cộng khoảng 370.000 tấn tải trọng. Nếu mỗi chuyến mang được 200 tấn, con số này tương đương khoảng 1.800 chuyến bay trong 10 năm, tức trung bình 180 chuyến mỗi năm.
- Mục tiêu giá phóng được nêu trong nghiên cứu: gần 200 USD/kg vào năm 2035.
- Tổng tải trọng cần đưa lên quỹ đạo theo phép tính: khoảng 370.000 tấn.
- Số chuyến Starship ước tính: khoảng 1.800 chuyến trong 10 năm, nếu mỗi chuyến chở 200 tấn.
Đây là một yêu cầu rất lớn đối với phương tiện chưa từng bay quá năm lần trong một năm. SpaceX đặt mục tiêu tăng mạnh tần suất hoạt động; Elon Musk từng đề cập khả năng Starship có thể bay mỗi giờ vào năm 2029. Nhưng giữa dự báo về tốc độ bay và năng lực vận hành ổn định trên thực tế vẫn còn một khoảng cách đáng kể.
Nút thắt không chỉ là chế tạo một tên lửa đủ lớn. Starship còn phải được phóng, thu hồi, kiểm tra và chuẩn bị lại với nhịp độ cao, đồng thời duy trì độ an toàn và độ tin cậy cần thiết.
Chip có thể chịu được bức xạ, nhưng không hoàn hảo
Một tín hiệu tích cực trong nghiên cứu của Google là các chip dường như có thể chịu được bức xạ trong không gian đủ lâu để phục vụ một nhiệm vụ vệ tinh kéo dài khoảng năm năm. Bức xạ có thể làm thay đổi trạng thái của linh kiện điện tử, khiến phép tính bị sai hoặc làm thiết bị ngừng hoạt động.
Google đã phải làm lại một số thử nghiệm trong máy gia tốc hạt (thiết bị tạo ra các hạt có năng lượng cao để mô phỏng tác động của bức xạ). Ban đầu, cách bố trí chip trong thử nghiệm tạo ra lớp che chắn tốt hơn điều kiện mà chúng sẽ gặp trên vệ tinh. Khi điều chỉnh để mô phỏng sát thực tế hơn, nhóm nghiên cứu ghi nhận nhiều lỗi hơn một chút trong mạch logic.
Dù vậy, Google cho rằng tỷ lệ lỗi thấp trong các tác vụ suy luận (giai đoạn AI dùng mô hình đã được huấn luyện để đưa ra câu trả lời hoặc dự đoán). Beals nêu ví dụ rằng lỗi có thể chỉ xảy ra khoảng một lần trên một triệu thao tác thông thường.
Tình hình sẽ khó khăn hơn với huấn luyện quy mô lớn (quá trình dạy mô hình AI bằng lượng dữ liệu và phép tính rất lớn). Nếu hàng nghìn chip cùng chạy trong nhiều tháng, ngay cả xác suất lỗi thấp cũng có thể khiến sai sót tích lũy, ảnh hưởng đến kết quả hoặc buộc hệ thống phải chạy lại một phần công việc.
Điều gì quyết định tương lai của trung tâm dữ liệu không gian?
Trong giai đoạn trước mắt, vệ tinh thử nghiệm sẽ cung cấp dữ liệu thực tế về nguồn điện, tản nhiệt, độ bền của chip và khả năng truyền thông tin. Kết quả đó sẽ giúp Google đánh giá xem các phép tính từng chạy thành công trong phòng thí nghiệm có thể hoạt động đáng tin cậy khi đặt trên một vệ tinh hay không.
Để biến ý tưởng thành hạ tầng quy mô lớn, nhiều yếu tố phải cùng tiến triển:
- Tên lửa cần chở được khối lượng lớn và bay thường xuyên với chi phí thấp hơn.
- Vệ tinh phải có nguồn điện, khả năng tản nhiệt và tuổi thọ đủ để duy trì các tác vụ tính toán.
- Các chip cần phối hợp với nhau nhanh chóng, dù liên lạc giữa những vệ tinh đang bay trên quỹ đạo.
- Hệ thống phải kiểm soát lỗi do bức xạ, đặc biệt khi chạy những tác vụ kéo dài nhiều tuần hoặc nhiều tháng.
Google đang đặt cược vào một tương lai mà nhu cầu tính toán AI tiếp tục tăng và việc vận chuyển hàng hóa lên không gian rẻ hơn hiện nay. Nhưng con số khoảng 1.800 chuyến Starship cho thấy khoảng cách giữa một vệ tinh thử nghiệm và một trung tâm dữ liệu hoạt động trên quỹ đạo vẫn rất lớn. Trước khi những cụm máy tính như vậy trở thành hiện thực, hãng cần chứng minh không chỉ rằng chip có thể hoạt động trong không gian, mà còn rằng toàn bộ hạ tầng có thể được phóng lên, kết nối và vận hành với chi phí chấp nhận được.
