Các trung tâm dữ liệu AI ngốn lượng lớn năng lượng
Sự bùng nổ của các trung tâm dữ liệu phục vụ trí tuệ nhân tạo (AI) đang khiến cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu thêm nghiêm trọng. Tuy nhiên, các kỹ sư Đan Mạch đã tìm ra giải pháp tận dụng lượng nhiệt dư khổng lồ do những trung tâm này tạo ra, thay vì để chúng thất thoát ra môi trường như trước đây.
Trên toàn thế giới hiện có hơn 12.500 trung tâm dữ liệu đang hoạt động và hàng loạt cơ sở mới liên tục được đưa vào vận hành mỗi ngày. Điều này khiến hạ tầng năng lượng và tài nguyên toàn cầu phải chịu áp lực ngày càng lớn.
Không chỉ tiêu thụ hàng trăm tỷ lít nước, các hệ thống này còn gây áp lực khổng lồ lên lưới điện các quốc gia và có khả năng góp phần đáng kể vào tình trạng nóng lên toàn cầu. Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) báo cáo rằng trong năm 2024, các trung tâm dữ liệu đã tiêu thụ 485 terawatt-giờ điện, tương đương 1,5% tổng nguồn cung năng lượng toàn cầu và bằng tổng sản lượng điện của nước Đức. Con số này dự kiến sẽ tăng gấp đôi lên 3% vào năm 2030, với tỷ trọng ngày càng tăng nhanh chóng do sự phát triển của AI. Điều này diễn ra trong bối cảnh các quốc gia đang nỗ lực đạt được độc lập về năng lượng, đồng thời cần cắt giảm mạnh lượng khí thải CO2.
Trên thực tế, Ủy ban Kinh tế Liên hợp quốc về châu Âu cảnh báo rằng sự mở rộng nhanh chóng của những đơn vị vận hành AI quy mô lớn - các nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây khổng lồ như Google, Amazon và Microsoft – cùng hệ thống trung tâm dữ liệu đồ sộ cần thiết để duy trì chúng, đang tạo ra “mối đe dọa ngày càng lớn đối với hệ thống điện trên toàn thế giới”.
Sự gia tăng ồ ạt của các trung tâm dữ liệu gây ra làn sóng phẫn nộ trên diện rộng. Tại Hà Lan, cảnh sát đã bắt giữ những người biểu tình phản đối việc xây dựng trung tâm dữ liệu mới của Microsoft gần Amsterdam vào ngày 6/11.
Công nghệ thu gom và tận dụng nhiệt thải
Ra mắt hồi tháng 5 năm nay tại Đại học Nam Đan Mạch ở thành phố Sonderborg, siêu máy tính Bitten hiện là một trong những nền tảng AI quan trọng phục vụ hoạt động nghiên cứu của giới học thuật tại quốc gia Bắc Âu. Hệ thống cung cấp sức mạnh tính toán cần thiết để xử lý những bộ dữ liệu lớn, phân tích chuyên sâu và mô phỏng khoa học phức tạp.
Tuy nhiên, cũng giống như các siêu máy tính và trung tâm dữ liệu AI ở khắp mọi nơi, năng lực vận hành của Bitten luôn đi đôi với mức tiêu thụ điện năng. Trong suốt 24 giờ mỗi ngày, các bộ vi xử lý chuyên dụng tại đây tạo ra lượng nhiệt năng khổng lồ. Thay vì để nguồn nhiệt này tỏa ra môi trường như tại các trung tâm AI khác, chúng được thu hồi 100% nhờ công nghệ làm mát bằng chất lỏng tiên tiến, do công ty Danfoss của Đan Mạch thiết kế. Giải pháp này thay thế cho các hệ thống điều hòa không khí và quạt thông gió truyền thống vốn thường đẩy nhiệt trực tiếp ra môi trường bên ngoài.
Hệ thống mới bơm chất làm mát trực tiếp lên các con chip xử lý nhiệt độ cao, giúp hấp thụ hoàn toàn lượng nhiệt dư thừa. Nhiệt lượng này sau đó có thể được dẫn thẳng vào mạng lưới sưởi ấm đô thị của Sonderborg, góp phần cung cấp hơi ấm cho 75.000 cư dân tại thị trấn này.
Ông Kristian Strand – lãnh đạo của Danfoss Climate Solutions, chia sẻ với Al Jazeera rằng với hệ thống thu hồi nhiệt dư thừa, kết quả cuối cùng là chúng ta thu được nguồn nước nóng từ trung tâm dữ liệu. Nguồn nước nóng này không chỉ dùng để sưởi ấm nhà cửa mà còn có thể ứng dụng trong các quy trình công nghiệp.
Ông Strand tiết lộ rằng theo tính toán của Danfoss, lượng nhiệt lãng phí trên toàn châu Âu trong một năm có thể cung cấp năng lượng cho toàn bộ thành phố Paris trong suốt 48 năm. Trong khi đó, khoảng 2/3 tổng năng lượng tiêu thụ trên thế giới bị thải ra dưới dạng nhiệt thừa.
Mỹ hiện là quốc gia sở hữu số lượng trung tâm dữ liệu lớn nhất thế giới, với khoảng 4.000 cơ sở. Chúng tiêu thụ tới 5% tổng lượng điện năng của nước Mỹ. Tuy nhiên, Mỹ lại thu hồi được rất ít nhiệt lượng từ các cơ sở này, đơn giản vì không có nơi nào để tận dụng nguồn nhiệt đó.
Giáo sư về chính sách năng lượng và khí hậu tại Đại học Oxford – ông Jan Rosenow nhận định: “Chúng ta nên xây dựng trung tâm dữ liệu tại những nơi mà nhiệt lượng tỏa ra từ chúng có thể được tận dụng, thay vì chỉ tập trung vào những địa điểm có giá đất rẻ nhất”.
Theo ông Rosenow, các quốc gia Bắc Âu đang đi đầu trong việc thu hồi nhiệt dư thừa. “Trung tâm dữ liệu của Meta tại Odense (Đan Mạch) thu hồi khoảng 100 GWh nhiệt mỗi năm, đủ cung cấp cho 6.900 hộ gia đình. Trong khi đó, Stockholm (Thụy Điển) đã đưa nhiệt lượng từ các trung tâm dữ liệu vào mạng lưới sưởi ấm từ năm 2014”.
Tại Danfoss, các nguồn nhiệt dư thừa tiềm năng khác đang được xem xét, từ hệ thống làm lạnh trong siêu thị cho đến nhà máy xử lý nước thải... Các kỹ sư của Danfoss gần đây đã thay thế hai nồi hơi chạy bằng khí đốt tại Bệnh viện Sonderborg bằng hệ thống bơm nhiệt. Hệ thống này thu hồi nhiệt dư thừa từ các thiết bị y tế cũng như từ các hệ thống điều hòa nhiệt độ tại phòng mổ, phòng bệnh và hành lang.
Trước đây, lượng nhiệt này được thải ra bên ngoài thông qua các tháp giải nhiệt. Hiện nay, bệnh viện đã đạt được sự độc lập về năng lượng trong 9 tháng mỗi năm và thậm chí cung cấp ngược nhiệt lượng vào mạng lưới sưởi ấm khu vực, giúp tiết kiệm đáng kể chi phí sưởi ấm.
Hướng đi gợi mở cho Việt Nam
Từ giải pháp của Đan Mạch và nhiều quốc gia khác trong khai thác nhiệt dư từ trung tâm dữ liệu AI, Việt Nam có thể nghiên cứu để xây dựng chương trình nghiên cứu quốc gia về công nghệ thu hồi nhiệt dư từ trung tâm dữ liệu, nhà máy điện tử, cơ sở sản xuất bán dẫn và các khu công nghiệp.
Cần khuyến khích doanh nghiệp công nghệ trong nước nghiên cứu, chế tạo bộ trao đổi nhiệt, bơm nhiệt công suất lớn và thiết bị điều khiển nhiệt thông minh. Có thể thí điểm mô hình trung tâm dữ liệu kết hợp hệ thống thu hồi nhiệt tại các khu công nghệ cao, khu công nghiệp và đô thị có nhu cầu sử dụng nhiệt phù hợp. Bên cạnh đó, có thể nghiên cứu sử dụng nhiệt thu hồi cho các hệ thống nước nóng, sấy nông sản...
Trước đó, cần hình thành nhóm nghiên cứu liên ngành giữa trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ, tập trung phát triển thiết bị thu hồi nhiệt có thể sản xuất nội địa.
Đây là hướng có thể gắn trực tiếp với mục tiêu của Nghị quyết 57-NQ/TW về “Chú trọng phát triển hạ tầng năng lượng, nhất là năng lượng mới, năng lượng sạch và bảo đảm an ninh năng lượng cho phát triển khoa học, công nghệ, các ngành công nghiệp chiến lược”.
