Giải bài toán điện và nước cho các trung tâm dữ liệu AI

Tìm nguồn điện “sạch” cho AI

Cuộc chạy đua toàn cầu về công nghệ AI sẽ đòi hỏi lượng năng lượng gần bằng lượng năng lượng mà Nhật Bản sử dụng hiện nay vào cuối thập kỷ này, nhưng chỉ có khoảng một nửa nhu cầu có thể được đáp ứng từ các nguồn năng lượng tái tạo.

Theo báo cáo của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), việc xử lý dữ liệu, chủ yếu là cho AI, sẽ tiêu thụ nhiều điện hơn chỉ tính riêng tại Mỹ vào năm 2030 so với sản xuất thép, xi măng, hóa chất và tất cả các mặt hàng tiêu thụ nhiều năng lượng khác cộng lại. Theo báo cáo, nhu cầu điện toàn cầu từ các trung tâm dữ liệu sẽ tăng gấp đôi vào năm 2030.

AI sẽ là động lực chính thúc đẩy sự gia tăng đó, với nhu cầu từ riêng các trung tâm dữ liệu AI chuyên dụng dự kiến sẽ tăng gấp 4 lần. Một trung tâm dữ liệu hiện nay tiêu thụ lượng điện tương đương với 100.000 hộ gia đình, nhưng một số trung tâm hiện đang được xây dựng sẽ cần nhiều hơn gấp 20 lần.

Từ đó, các chuyên gia lo ngại rằng việc ứng dụng AI nhanh chóng sẽ phá hủy hy vọng giải quyết cuộc khủng hoảng khí hậu. Báo cáo của IEA cho thấy AI có thể trở thành vấn đề nghiêm trọng đối với các hệ thống năng lượng và môi trường. AI có khả năng đảo ngược mọi thành quả đạt được trong những năm gần đây ở các nền kinh tế tiên tiến nhằm giảm mức sử dụng năng lượng, chủ yếu thông qua hiệu quả. Sự gia tăng nhanh chóng của AI cũng có nghĩa là các công ty sẽ tìm kiếm nguồn năng lượng dễ kiếm nhất - có thể đến từ các nhà máy điện chạy bằng khí đốt, vốn đang trên đường đóng cửa ở nhiều nước phát triển. Tại Hoa Kỳ, nhu cầu thậm chí có thể được đáp ứng bằng cách các nhà máy điện chạy bằng than được hồi sinh, nhờ sự nhiệt tình của ông Donald Trump đối với chúng.

Các trung tâm dữ liệu là thành phần cốt lõi của việc đào tạo và vận hành các mô hình AI như Gemini của Google hoặc GPT-4 của OpenAI. Chúng chứa các thiết bị điện toán tinh vi hoặc máy chủ, xử lý khối lượng dữ liệu khổng lồ làm nền tảng cho các hệ thống AI. Chúng cần một lượng điện lớn để chạy, tạo ra CO2 tùy thuộc vào nguồn năng lượng, cũng như tạo ra CO2 "nhúng" từ chi phí sản xuất và vận chuyển các thiết bị cần thiết.

Theo IEA, tổng mức tiêu thụ điện từ các trung tâm dữ liệu có thể tăng gấp đôi, lên 1.000 TWh (terawatt giờ) vào năm 2026, tương đương với nhu cầu năng lượng của Nhật Bản, trong khi công ty nghiên cứu SemiAnalysis tính toán rằng AI sẽ khiến các trung tâm dữ liệu sử dụng 4,5% sản lượng điện toàn cầu vào năm 2030. Việc sử dụng nước cũng rất đáng kể, với một nghiên cứu ước tính rằng AI có thể chiếm tới 6,6 tỷ mét khối nước sử dụng vào năm 2027 - gần 2/3 mức tiêu thụ hàng năm của Anh.

Một báo cáo gần đây của  chính phủ Anh về an toàn AI cho biết, cường độ carbon của nguồn năng lượng mà các công ty công nghệ sử dụng là "một biến số chính" trong việc tính toán chi phí môi trường của công nghệ. Tuy nhiên, báo cáo cũng nói thêm rằng "một phần đáng kể" trong quá trình đào tạo mô hình AI vẫn dựa vào năng lượng chạy bằng nhiên liệu hóa thạch.

Giải pháp năng lượng tái tạo

Để giải bài toán tăng sử dụng năng lượng vẫn đảm bảo các chỉ tiêu về môi trường, các công ty công nghệ đang chuyển hướng sang tìm kiếm sử dụng năng lượng tái tạo để cố gắng đạt được các mục tiêu về môi trường. Amazon là công ty mua năng lượng tái tạo lớn nhất thế giới. Tuy nhiên, một số chuyên gia cho rằng điều này đẩy những người sử dụng năng lượng khác vào nhiên liệu hóa thạch vì không có đủ năng lượng sạch để cung cấp.

Alex de Vries, người sáng lập Digiconomist, một trang web theo dõi tác động môi trường của các công nghệ mới, cho biết: "Mức tiêu thụ năng lượng không chỉ tăng lên mà Google còn đang phải vật lộn để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng này từ các nguồn năng lượng bền vững".

Các chính phủ toàn cầu có kế hoạch tăng gấp 3 nguồn năng lượng tái tạo của thế giới vào cuối thập kỷ này để cắt giảm mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch theo các mục tiêu về khí hậu. Nhưng cam kết đầy tham vọng, được nhất trí tại các cuộc đàm phán về khí hậu COP28 năm ngoái, hiện đang bị nghi ngờ và các chuyên gia lo ngại rằng nhu cầu năng lượng tăng mạnh từ các trung tâm dữ liệu AI có thể đẩy nó ra xa hơn nữa.

IEA đã cảnh báo rằng mặc dù công suất năng lượng tái tạo toàn cầu tăng với tốc độ nhanh nhất được ghi nhận vào năm 2023, nhưng thế giới chỉ có thể tăng gấp đôi năng lượng tái tạo vào năm 2030 theo các kế hoạch hiện tại của chính phủ. Câu trả lời cho nhu cầu năng lượng của AI có thể là các công ty công nghệ đầu tư mạnh hơn vào việc xây dựng các dự án năng lượng tái tạo mới để đáp ứng nhu cầu điện ngày càng tăng của họ.

Các dự án năng lượng tái tạo trên bờ như trang trại gió và mặt trời có thể được xây dựng tương đối nhanh - chúng có thể mất chưa đầy 6 tháng để phát triển. Tuy nhiên, các quy định lập kế hoạch chậm chạp ở nhiều nước phát triển cùng với tình trạng bế tắc toàn cầu trong việc kết nối các dự án mới với lưới điện có thể kéo dài thêm nhiều năm cho quá trình này. Các trang trại điện gió ngoài khơi và các dự án thủy điện phải đối mặt với những thách thức tương tự ngoài thời gian xây dựng từ 2 đến 5 năm.

Điều này đã làm dấy lên mối lo ngại về việc liệu năng lượng tái tạo có thể theo kịp sự mở rộng của AI hay không. Theo tạp chí Wall Street Journal, các công ty công nghệ lớn đã khai thác một phần ba các nhà máy điện hạt nhân của Mỹ để cung cấp điện ít carbon cho các trung tâm dữ liệu của họ. Nhưng nếu không đầu tư vào các nguồn điện mới, các thỏa thuận này sẽ chuyển hướng điện ít carbon khỏi những người dùng khác, dẫn đến việc tiêu thụ nhiều nhiên liệu hóa thạch hơn để đáp ứng nhu cầu chung.

Hút cạn nguồn nước khan hiếm

Tổ chức điều tra phi lợi nhuận SourceMaterial đã phát hiện ra rằng Amazon, Microsoft và Google đang vận hành các trung tâm dữ liệu sử dụng lượng nước khổng lồ ở một số khu vực khô hạn nhất thế giới và đang xây dựng thêm nhiều trung tâm nữa. Với lời cam kết hỗ trợ của Tổng thống Mỹ Donald Trump, ba gã khổng lồ công nghệ này đang lên kế hoạch xây dựng hàng trăm trung tâm dữ liệu tại Mỹ và trên toàn cầu, với tác động tiềm tàng rất lớn đến những người dân đang phải sống trong tình trạng thiếu nước.

Các trung tâm dữ liệu, kho dữ liệu lớn chứa các máy chủ được kết nối mạng được sử dụng để lưu trữ và xử lý dữ liệu từ xa, cũng như các công ty công nghệ thông tin để đào tạo các mô hình AI như ChatGPT, sử dụng nước để làm mát. Phân tích của SourceMaterial đã xác định được 38 trung tâm dữ liệu đang hoạt động thuộc sở hữu của 3 công ty công nghệ lớn ở những nơi trên thế giới đang phải đối mặt với tình trạng khan hiếm nước, cũng như 24 trung tâm khác đang được phát triển.

Vị trí của các trung tâm dữ liệu thường là bí mật của ngành. Nhưng bằng cách sử dụng các báo cáo tin tức địa phương và các nguồn tin trong ngành, Baxtel và Data Center Map, SourceMaterial đã biên soạn một bản đồ gồm 632 trung tâm dữ liệu - đang hoạt động hoặc đang được phát triển - thuộc sở hữu của Amazon, Microsoft và Google.

Bản đồ cho thấy các công ty này có kế hoạch tăng 78% số lượng trung tâm dữ liệu mà họ sở hữu trên toàn thế giới khi điện toán đám mây và AI gây ra sự gia tăng nhu cầu lưu trữ trên toàn thế giới, với việc xây dựng được lên kế hoạch ở Bắc Mỹ, Nam Mỹ, châu Âu, châu Á, châu Phi và Úc.

Ở những nơi có nguồn nước dồi dào trên thế giới, việc sử dụng nhiều nước của các trung tâm dữ liệu ít gây ra vấn đề hơn, nhưng vào năm 2023, Microsoft cho biết 42% lượng nước của họ đến từ "những khu vực có tình trạng thiếu nước", trong khi Google cho biết 15% lượng nước tiêu thụ của họ là ở những khu vực "khan hiếm nước cao". Amazon không báo cáo số liệu.

Hiện tại, các công ty này có kế hoạch mở rộng hoạt động của mình ở một số vùng khô cằn nhất thế giới, theo phân tích của SourceMaterial và Guardian.

3 trung tâm dữ liệu mới được Amazon đề xuất tại vùng Aragon ở miền bắc Tây Ban Nha - mỗi trung tâm nằm cạnh một trung tâm dữ liệu Amazon hiện có - được cấp phép sử dụng ước tính 755.720 mét khối nước mỗi năm, đủ để tưới cho 233 ha ngô, một trong những loại cây trồng chính của vùng.

Trên thực tế, lượng nước sử dụng sẽ còn cao hơn nữa vì con số đó không tính đến lượng nước được sử dụng để tạo ra điện cung cấp cho các cơ sở mới, Aaron Wemhoff, chuyên gia về hiệu quả năng lượng tại Đại học Villanova ở Pennsylvania cho biết.

Giữa các trung tâm dữ liệu mới của Amazon tại vùng Aragon, người ta dự đoán rằng sẽ sử dụng nhiều điện hơn mức tiêu thụ hiện tại của toàn bộ vùng. Trong khi đó, vào tháng 12, Amazon đã yêu cầu chính quyền khu vực cấp phép tăng lượng nước tiêu thụ tại 3 trung tâm dữ liệu hiện có của mình lên 48%.

Amazon không cung cấp số liệu tổng thể về lượng nước mà các trung tâm dữ liệu của mình sử dụng trên toàn thế giới. Nhưng công ty tuyên bố rằng họ sẽ "tích cực về nước" vào năm 2030, bù đắp lượng tiêu thụ bằng cách cung cấp nước cho cộng đồng và hệ sinh thái ở những khu vực khan hiếm.

Amazon cho biết hiện tại họ đang bù đắp 41% lượng nước sử dụng ở những khu vực mà họ cho là không bền vững. Nhưng đây là một cách tiếp cận đã gây ra nhiều tranh cãi trong nội bộ công ty.

"Tôi đã nêu vấn đề ở tất cả những nơi phù hợp rằng điều này là không có đạo đức", Nathan Wangusi, cựu giám đốc phát triển bền vững về nước tại Amazon cho biết. "Tôi không đồng ý lắm với nguyên tắc đó xuất phát từ nền tảng phát triển bền vững thuần túy".

Microsoft và Google cũng đã cam kết sẽ "tích cực về nước" vào năm 2030 thông qua việc bù đắp nước, cũng như tìm ra cách sử dụng nước hiệu quả hơn.

Wemhoff, chuyên gia của Đại học Villanova, cho biết việc bù đắp nước không thể hoạt động theo cùng một cách như bù đắp carbon, trong đó một tấn chất ô nhiễm được loại bỏ khỏi khí quyển có thể bù đắp một tấn phát thải ở những nơi khác. Việc cải thiện khả năng tiếp cận nguồn nước ở một khu vực sẽ không giúp ích gì cho cộng đồng ở xa đã mất khả năng tiếp cận nguồn nước.

Tại Mỹ, nơi có số lượng trung tâm dữ liệu lớn nhất thế giới, Google có nhiều khả năng xây dựng ở các khu vực khô hạn nhất. Google có 7 trung tâm dữ liệu đang hoạt động ở một số khu vực của Mỹ đang phải đối mặt với tình trạng thiếu nước và đang xây dựng thêm 6 trung tâm nữa.

Hạn hán không ngăn cản kế hoạch xây dựng trung tâm dữ liệu Mesa thứ hai của Google, trong khi trung tâm đầu tiên của họ có giấy phép sử dụng 5,5 triệu mét khối nước mỗi năm - tương đương với lượng nước mà 23.000 người dân Arizona bình thường sử dụng.