Kế hoạch của Google về điện toán không gian
Bài viết của Mark Thompson, Universe Today
Hai vệ tinh CubeSat đang quay quanh Trái Đất sau khi được triển khai từ Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). Google đang tìm cách sử dụng vệ tinh cho các trung tâm dữ liệu trong tương lai. Nguồn: NASA
Mặt trời sản xuất nhiều điện năng hơn 100 nghìn tỷ lần so với toàn bộ sản lượng điện của nhân loại. Trên quỹ đạo, các tấm pin mặt trời có thể có năng suất cao gấp tám lần so với các tấm pin trên Trái Đất, tạo ra năng lượng gần như liên tục mà không cần bộ lưu trữ pin cồng kềnh. Những thực tế này đã khiến một nhóm các nhà nghiên cứu của Google đặt câu hỏi liệu nơi tốt nhất để mở rộng quy mô trí tuệ nhân tạo không phải là trên Trái Đất mà là trong không gian?
Dự án Suncatcher, sứ mệnh không gian mới nhất của Google, hình dung ra các chòm sao vệ tinh chạy bằng năng lượng mặt trời được trang bị bộ xử lý và được kết nối bằng các liên kết quang học dựa trên laser. Khái niệm này giải quyết một trong những thách thức cấp bách nhất của AI, nhu cầu năng lượng khổng lồ của các hệ thống học máy quy mô lớn, bằng cách khai thác trực tiếp nguồn năng lượng tối thượng của hệ mặt trời. Một bài báo nghiên cứu mới do Google công bố đã mô tả tiến trình của họ trong việc giải quyết những thách thức kỹ thuật này.
Bản thiết kế của họa sĩ này cho thấy Tải trọng Quang học cho Khoa học Truyền thông Laser (OPALS) và tia laser của nó sẽ truyền dữ liệu về Trái Đất từ Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS). Khái niệm tương tự này sẽ được sử dụng để kết nối các vệ tinh trong các trung tâm dữ liệu không gian mới. Nguồn: NASA/JPL
Hệ thống được đề xuất sẽ hoạt động trên quỹ đạo Trái Đất thấp đồng bộ với Mặt Trời, nơi các vệ tinh luôn ở trong vùng ánh sáng mặt trời gần như liên tục. Lựa chọn quỹ đạo này tối đa hóa việc thu thập năng lượng mặt trời đồng thời giảm thiểu nhu cầu pin. Tuy nhiên, việc xây dựng cơ sở hạ tầng AI trên không gian đòi hỏi phải giải quyết một số thách thức kỹ thuật to lớn.
Đầu tiên là đạt được tốc độ truyền thông giữa các vệ tinh ở quy mô trung tâm dữ liệu. Khối lượng công việc học máy lớn đòi hỏi phải phân phối các tác vụ trên nhiều bộ xử lý với kết nối băng thông cao, độ trễ thấp. Để đạt được hiệu suất tương đương với các trung tâm dữ liệu trên Trái Đất, cần có các liên kết hỗ trợ hàng chục terabit mỗi giây giữa các vệ tinh.
Phân tích của Google cho thấy điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng công nghệ ghép kênh phân chia bước sóng dày đặc và ghép kênh không gian, nhưng chỉ khi các vệ tinh bay theo đội hình cực kỳ chặt chẽ, cách nhau vài km hoặc ít hơn. Nhóm nghiên cứu đã xác thực phương pháp này bằng một cuộc trình diễn quy mô phòng thí nghiệm, đạt được tổng tốc độ truyền tải 1,6 terabit/giây.
Việc bay vệ tinh theo đội hình dày đặc như vậy cũng đặt ra một thách thức riêng. Ở độ cao dự kiến khoảng 650 km, các vệ tinh được bố trí cách nhau chưa đầy một km sẽ đòi hỏi sự quản lý quỹ đạo cẩn thận. Google đã phát triển các mô phỏng vật lý phức tạp để phân tích cách trường phi trọng lực của Trái Đất và lực cản khí quyển sẽ ảnh hưởng đến các chòm sao dày đặc này như thế nào. Các mô hình của họ chỉ ra rằng chỉ cần những thao tác giữ vị trí khiêm tốn là đủ để duy trì đội hình ổn định.
Hình ảnh minh họa tàu vũ trụ STEREO Observatory trong quá trình triển khai tấm pin mặt trời. Các vệ tinh trên quỹ đạo để vận hành trung tâm dữ liệu sẽ cần thông tin ở độ cao thấp và do đó cần được kiểm soát quỹ đạo cẩn thận. Nguồn: NASA/Phòng thí nghiệm Vật lý Ứng dụng Đại học Johns Hopkins
Có lẽ đáng ngạc nhiên, bộ xử lý TPU của Google dường như có khả năng chống chịu đáng kể với các điều kiện không gian. Thử nghiệm Trillium v6e Cloud TPU của họ cho thấy các chip có thể chịu được liều bức xạ tích lũy cao hơn gần ba lần so với dự kiến trong một sứ mệnh kéo dài năm năm trước khi xuất hiện các bất thường. Hệ thống Bộ nhớ Băng thông Cao tỏ ra nhạy cảm nhất nhưng chỉ bắt đầu gặp vấn đề sau liều lượng 2 kilorad, cao hơn nhiều so với mức dự kiến 750 rad cho một sứ mệnh được che chắn kéo dài 5 năm.
Việc liệu tất cả những điều này có hợp lý về mặt tài chính hay không phụ thuộc rất nhiều vào việc chi phí phóng tiếp tục giảm. Phân tích của Google cho thấy với những cải tiến hơn nữa về công nghệ phóng, chi phí có thể giảm xuống dưới 200 đô la/kg vào giữa những năm 2030. Với mức giá đó, việc phóng và vận hành một trung tâm dữ liệu trên không gian có thể tương đương với chi phí năng lượng của một cơ sở tương đương trên Trái Đất.
Được cung cấp bởi Universe Today
