Gánh nặng tiêu thụ điện khổng lồ từ AI

[june04]

Nhu cầu tiêu thụ điện cực lớn của những trung tâm dữ liệu phục vụ phát triển AI đang gây áp lực cho lưới điện ở nhiều bang của Mỹ.


Trung tâm dữ liệu phục vụ phát triển AI có thể tiêu tốn lượng điện nhiều ngang một thành phố nhỏ. Ảnh: Bloom Energy

Trí tuệ nhân tạo đã tiến hóa từ một lĩnh vực khoa học máy tính chuyên biệt thành lực lượng định hình lại kinh tế, quốc phòng và đời sống hàng ngày trên toàn cầu. Tuy nhiên, phía sau mỗi thành tựu AI đều có một cơ sở thầm lặng với cơn khát điện dường như vô tận, đó là những trung tâm dữ liệu. Các trung tâm dữ liệu chứa vô số giá đặt máy chủ dùng để lưu trữ và xử lý tệp dữ liệu đồ sộ, tiêu hao năng lượng lớn chưa từng thấy. Khi AI ngày càng phát triển, câu hỏi đặt ra là liệu mọi người có cần hy sinh nhu cầu điện hàng ngày để AI có thể tiếp tục hoạt động?

Trung tâm dữ liệu AI và nhu cầu điện tăng vọt

Trung tâm dữ liệu luôn tiêu thụ lượng lớn điện, nhưng AI khiến lượng tiêu thụ tăng đáng kể. Huấn luyện thuật toán cho những mô hình ngôn ngữ lớn như ChatGPT hoặc trình tạo hình ảnh như Midjourney đòi hỏi xử lý bằng GPU và phần cứng chuyên dụng. Những công việc này phải được chuyển sang trung tâm dữ liệu đám mây. Laptop hoặc điện thoại không thể xử lý ở quy mô như vậy. James Walker, giám đốc điều hành công ty Nano Nuclear Energy Inc., nhấn mạnh nhu cầu điện ngày càng tăng ở các dự án AI. "Chúng tôi đã trò chuyện với một số người đang xây dựng trung tâm dữ liệu, một số dự kiến cần tới 2 GW điện", Walker cho biết.

Ngay cả trung tâm dữ liệu quy mô trung bình cũng có thể tiêu thụ nhiều điện ngang một thành phố nhỏ. Nhà phân tích công nghệ Jack Gold chia sẻ cơ sở như XAI của Elon Musk ở Tennessee có thể cần lượng điện tương đương hàng chục nghìn ngôi nhà. Áp lực điện có thể khổng lồ nếu hàng chục hoặc hàng trăm trung tâm như vậy hoạt động.

Alex de Vries, nhà sáng lập DigiEconomist, đã theo dõi ngành công nghiệp kỹ thuật số trong nhiều năm, từ đào tiền ảo tới điện toán đám mây. "Trung tâm dữ liệu có thể chiếm ít nhất 1% lượng tiêu thụ điện toàn cầu trong thập kỷ qua. Do những xu hướng cần nhiều năng lượng như AI, tỷ lệ sẽ tăng lên 3 - 4% trên thế giới. Chúng đã sử dụng nhiều điện hơn toàn bộ nước Pháp", de Vries nói.

Áp lực đối với lưới điện

Lưới điện hiện đại là hệ thống phức tạp bao gồm nhà máy điện, trạm biến áp và đường dây truyền tải phân phối điện trên khu vực rộng lớn. Mỗi nhà máy đều có công suất cung cấp điện tối đa. Việc tăng thêm những trung tâm dữ liệu AI khổng lồ có thể khiến lưới điện địa phương quá tải, đặc biệt ở khu vực đang vật lộn với tình trạng thiếu điện.

Nhiều nơi ở Mỹ như California và Arizona chật vật cắt điện luân phiên khi nhu cầu cao điểm. Đưa những trung tâm dữ liệu mới quy mô gigawatt vào các khu vực này có thể khiến thách thức thêm trầm trọng. Ngay cả ở bang có công suất thặng dư như Texas, North Dakota, và Wyoming, nhà chức trách cũng phải cân nhắc xây dựng hoặc nâng cấp đường dây, xây nhà máy điện và quản lý tác động tiềm ẩn đối với điện dân dụng.

Theo de Vries, nhu cầu gia tăng đột ngột có thể đẩy giá điện lên cao hơn. "Nếu nguồn cung không thể đáp ứng nhu cầu của AI, kết quả duy nhất có thể là giá điện cao hơn. Ngoài ra, một số nhà máy điện cũ như nhà máy nhiệt điện có thể cần tái kích hoạt, dấy lên lo ngại về môi trường", ông cho biết.

Những nguồn điện tái tạo như điện gió và điện mặt trời đang phát triển mạnh mẽ. Tuy nhiên, bản chất gián đoạn của chúng là một vấn đề đối với các trung tâm dữ liệu đòi hỏi nguồn cung cấp liên tục, ổn định. Trang trại pin lớn hoặc giải pháp lưu trữ năng lượng khác có thể giảm bớt biến động nhưng sẽ tăng thêm chi phí và cần diện tích đất đáng kể.

Năng lượng hạt nhân

Một giải pháp tiềm năng là năng lượng hạt nhân. Điện hạt nhân không thải khí chứa carbon ở thời điểm sản xuất, cung cấp phụ tải cơ bản đáp ứng nhu cầu của trung tâm dữ liệu. Tuy nhiên, nhà máy điện hạt nhân quy mô lớn đi kèm chi phí cao, thời gian xây dựng kéo dài và trở ngại từ quy định. Ví dụ, nhà máy Hinkley Point C ở Anh đối mặt với trì hoãn kéo dài nhiều năm và kinh phí đội lên hàng tỷ USD.

Gold nhận thấy tiềm năng ở những lò phản ứng hạt nhân module nhỏ (SMR). Nhiều công ty khởi nghiệp SMR như Last Energy và Rolls-Royce đề xuất giải pháp thuận tiện như lò phản ứng hạt nhân lắp đặt tại chỗ để cung cấp điện cho trung tâm dữ liệu. Loại lò phản ứng nhỏ này cũng có thể đặt trên tàu chở hàng hoặc địa điểm xa xôi, cung cấp điện cho hệ thống công nghiệp trong nhiều thập kỷ mà không cần tiếp nhiên liệu. Một số nhà phát triển AI cho rằng điện hạt nhân là giải pháp tin cậy duy nhất để đáp ứng mục tiêu năng lượng trong 20 năm tới.

Tuy nhiên, hầu hết dự án SMR vẫn đang trong giai đoạn phát triển. Việc cấp giấy phép an toàn cho điện hạt nhân rất nghiêm ngặt và cộng đồng phải cảm thấy thoải mái khi đặt lò phản ứng sau nhà họ, ngay cả ở dạng module.

Tiêu thụ nước

Ngoài điện, trung tâm dữ liệu AI cũng cần lượng nước khổng lồ để làm mát máy chủ. Một cơ sở trung bình có thể tiêu thụ hơn 1,2 triệu lít nước mỗi ngày, tương đương 100.000 hộ gia đình. Giải pháp làm mát thay thế như đặt trung tâm dữ liệu dưới nước hoặc hệ thống bay hơi phức tạp, đi kèm nhiều thách thức về vận chuyển và môi trường.

AI là một công cụ cực mạnh thúc đẩy thành tựu trong chăm sóc sức khỏe, tài chính, phương tiện tự động,... Những lợi ích của nó có thể mang tính cách mạng nhưng với chi phí tiêu thụ điện ở mức lớn liên tục. Trong thời gian ngắn, giới chuyên gia dự đoán giá điện có thể tăng cao, lưới điện sẽ chịu áp lực khi phải đáp ứng nhu cầu của AI. Trong thời gian dài hơn, các giải pháp tiên tiến như SMR, lưu trữ pin quy mô lớn, thậm chí chỉnh sửa lưới điện có thể đem lại sự cân bằng.

Thực tế chắc chắn là sự phát triển của AI sẽ không chững lại. Với những mô hình cao cấp hơn, robot thời gian thực và dịch vụ dữ liệu mới, nhu cầu về điện sẽ càng tăng mạnh. Mọi người không cần hy sinh nhu cầu điện hàng ngày cho AI. Tuy nhiên, chúng ta có thể thấy hóa đơn tiền điện cao hơn, gián đoạn dịch vụ và tác động tới môi trường nếu lưới điện không thay đổi để theo kịp sự phát triển của AI.