Giải 'cơn khát' năng lượng các trung tâm dữ liệu

Trên thế giới, xu hướng xây dựng trung tâm dữ liệu xanh đang diễn ra mạnh mẽ nhằm giảm tiêu thụ năng lượng và phát triển bền vững. Ảnh minh họa

Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), trong năm 2023, các trung tâm dữ liệu trên toàn thế giới tiêu thụ khoảng 340 TWh điện, chiếm 1,3% tổng nhu cầu điện toàn cầu và cao hơn tổng mức tiêu thụ điện của cả Việt Nam. Riêng tại Mỹ, mức tiêu thụ điện của các trung tâm dữ liệu đạt 150 TWh, tương đương khoảng 3% tổng nhu cầu điện quốc gia. Các dự báo cho thấy xu hướng này sẽ còn tăng mạnh trong thập kỷ tới.

Báo cáo của Tập đoàn Dữ liệu quốc tế (IDC) năm 2024 dự đoán tổng lượng điện tiêu thụ của các trung tâm dữ liệu toàn cầu sẽ tăng hơn gấp đôi, đạt 857 TWh vào năm 2028, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 19,5%. Đặc biệt, các khối lượng công việc liên quan đến AI được dự báo sẽ có mức tiêu thụ điện tăng nhanh hơn nữa, đạt CAGR 44,7% và lên tới 146,2 TWh vào năm 2027.

THÁCH THỨC NĂNG LƯỢNG CHO CÁC TRUNG TÂM DỮ LIỆU AI

Thông tin tại Diễn đàn Data Center & Cloud Infrastructure Summit (DCCI Summit) 2026 do Viettel IDC vừa tổ chức, các chuyên gia cho biết hiện thế giới có khoảng 11.000 trung tâm dữ liệu, nhưng các AI Data Center dù chỉ chiếm dưới 1% về số lượng đã tiêu thụ tới 25% tổng điện năng của toàn hệ thống.

Con số này cho thấy AI không chỉ làm tăng nhu cầu xử lý dữ liệu, mà còn đang làm thay đổi chính cấu trúc của hạ tầng dữ liệu toàn cầu. Dự kiến đến cuối thập kỷ (khoảng năm 2030), nhóm AI DC sẽ chiếm một nửa dung lượng tiêu thụ năng lượng toàn cầu so với các DC truyền thống.

Tại sự kiện, các chuyên gia chỉ rõ nếu trung tâm dữ liệu truyền thống, mỗi rack thường vận hành ở mức 20–30kW, thì với AI, mật độ này có thể tăng lên 100kW, thậm chí hơn 200kW. Điều đó kéo theo hàng loạt yêu cầu mới về cấp điện, làm mát, kết nối mạng và khả năng vận hành liên tục.

CEO Viettel IDC Lê Bá Tân: "quỹ đất không còn là vấn đề lớn nhất trong xây dựng các Data Center trong giai đoạn tới, mà tài nguyên điện mới là yếu tố quan trọng nhất"

Các chuyên gia nhấn mạnh rằng trung tâm dữ liệu trong giai đoạn mới không chỉ cần mở rộng về quy mô, mà phải được thiết kế lại để phù hợp với những tải tính toán lớn hơn nhiều lần.

Xu hướng này cũng khiến bài toán vận hành thay đổi rõ rệt. Trong bối cảnh điện năng và chi phí làm mát ngày càng trở thành áp lực lớn, các trung tâm dữ liệu hiện đại buộc phải hướng tới mô hình thông minh hơn, hiệu quả hơn và tiết kiệm năng lượng hơn. Đây cũng là lý do phát triển bền vững không còn là một thông điệp hình ảnh, mà đã trở thành yêu cầu gắn trực tiếp với hiệu quả đầu tư và năng lực cạnh tranh của hạ tầng AI.

Ông Lê Bá Tân, CEO Viettel IDC chia sẻ: với trung tâm dữ liệu AI, mật độ công suất trên một rack sẽ tăng từ 5-10 kW hiện nay lên đến mức 100-150 kW. Như vậy trong không gian hiện nay có thể đặt hàng trăm rack thì trong tương lai với mật độ này, chỉ cần đặt khoảng mười rack máy chủ AI đã sử dụng hết toàn bộ tài nguyên điện.

“Do đó, quỹ đất không còn là vấn đề lớn nhất trong xây dựng các Data Center trong giai đoạn tới, mà tài nguyên điện mới là yếu tố quan trọng nhất để phục vụ các trung tâm dữ liệu”, ông Tân nhận định.

GIẢI NHIỆT CHO CÁC TRUNG TÂM DỮ LIỆU VÀ XU HƯỚNG XANH HÓA

Theo các phân tích khi công suất tiêu thụ trung bình của mỗi rack máy chủ đã tăng lên mạnh mẽ như hiện nay, mức tải đã vượt xa giới hạn chịu đựng của các hệ thống làm bằng không khí truyền thống. Các trung tâm mới phải áp dụng công nghệ làm mát bằng chất lỏng như rear door cooling, direct-to-chip, hoặc immersion cooling. Đây là những công nghệ mới nhất phục vụ làm mát các trung tâm dữ liệu thế hệ mới.

Xu hướng hiện nay, các công ty công nghệ đang đi theo mô hình mới, tích hợp các máy chủ, thiết bị mạng, làm mát thành các rack có công suất siêu lớn để đưa thẳng vào các trung tâm dữ liệu. Các mô hình trên ngày càng phổ biến và dự kiến trong cuối năm nay, các dòng máy chủ này sẽ được các công ty công nghệ hạ tầng máy chủ AI hàng đầu thế giới bắt đầu cung cấp ra thị trường.

Cũng theo các chuyên gia, các trung tâm dữ liệu sẽ thay đổi để thích nghi với bối cảnh công nghệ mới, mà ở đó, mật độ công suất sẽ tăng lên (khoảng 100-150 kW/rack), các hệ thống làm mát không chỉ bằng khí mà kết hợp hợp khí và lỏng…

Công suất tiêu thụ trung bình của mỗi rack máy chủ đã tăng lên mạnh mẽ như hiện nay, mức tải đã vượt xa giới hạn chịu đựng của các hệ thống làm bằng không khí truyền thống. Ảnh minh họa

Ông Nguyễn Mạnh Khương, Giám đốc kinh doanh quốc gia, Climaveneta Việt Nam cho biết với mỗi mô hình trung tâm dữ liệu với các công suất khác nhau sẽ có công nghệ làm mát tương ứng. Với trung tâm dữ liệu có công suất dưới 20 kW/rack có thể sử dụng các công nghệ làm mát truyền thống nhưng khi công suất ở mức 70-80 Kw/rack sẽ phải làm mát bằng chất lỏng (Liquid Cooling).

Tuy nhiên, những hệ thống làm mát bằng Liquid cũng chỉ giải nhiệt được khoảng 80-90% cho các CPU, còn 10-20% nhiệt từ các thiết bị bên ngoài vẫn phải sử dụng công nghệ làm mát bằng gió. Ngoài ra, chuyên gia này cũng đưa ra giải pháp làm mát khi cải tạo, nâng cấp các trung liệu đang thiết kế ở mật độ công suất thấp từ 4-7kW lên 20-30kW…

Chia sẻ việc xây dựng trung tâm dữ liệu bền vững trong kỷ nguyên AI, ông Nguyễn Tuấn Anh, Giám đốc giải pháp, Qủan lý năng lượng, Schneider Electric Việt Nam lưu ý 5 điểm quan trọng trong quá trình thiết kế trung tâm trong đó có việc lựa chọn sử dụng vật liệu, công nghệ, thiết bị; vận chuyển lắp đặt; quá trình vận hành tiết kiệm năng lượng, tài nguyên nước; thời gian sử dụng thiết bị, kéo dài vòng đời và tái chế vật liệu…

Ông Tuấn Anh cho rằng khi đánh giá tác động môi trường của một trung tâm dữ liệu, cần nhìn vào toàn bộ vòng đời từ thiết kế, sản xuất đến vận hành. Trong đó, carbon tiềm ẩn là một yếu tố quan trọng, phản ánh lượng phát thải đã gắn liền với thiết bị ngay từ khi được sản xuất và vận chuyển.

Đáng chú ý, khoảng 80% tác động môi trường của sản phẩm được quyết định ngay từ giai đoạn thiết kế. Do đó, bài toán phát triển bền vững cần được tiếp cận theo hai hướng song song: giảm phát thải trong quá trình vận hành và giảm carbon tiềm ẩn trong thiết bị và vật liệu.

Theo Schneider Electric, ở góc độ vận hành, hiệu suất sử dụng năng lượng đóng vai trò then chốt. Đối với một hệ thống UPS 3 pha, tới 93% phát thải CO₂ trong vòng đời đến từ quá trình sử dụng điện. Nhờ các cải tiến công nghệ, việc sử dụng bộ lưu điện UPS hiệu suất cao có thể giúp giảm tới 34% lượng phát thải CO₂, và lên tới 79% trong chế độ vận hành tối ưu.

Ở cấp độ hệ thống phân phối điện, việc tối ưu các thiết bị điện giúp giảm tổn hao từ 11,91% xuống còn 4,91%, đồng thời cải thiện chỉ số hiệu quả sử dụng điện năng- PUE từ 1,5 xuống 1,45. Khi kết hợp với các giải pháp làm mát được tối ưu hóa, PUE có thể tiếp tục được cải thiện xuống mức 1,29, đặc biệt nếu sử dụng Liquid Cooling cho trung tâm AI thì chỉ số còn thấp hơn.

Trung tâm dữ liệu đang trở thành hạ tầng số cốt lõi của nền kinh tế số, song cũng tiêu thụ lượng điện năng khổng lồ và phát thải lớn. Trên thế giới, xu hướng xây dựng trung tâm dữ liệu xanh đang diễn ra mạnh mẽ nhằm giảm tiêu thụ năng lượng và phát triển bền vững. Ở Việt Nam, các doanh nghiệp trong ngành như Viettel, VNPT... cũng đang từng bước hướng phát triển trung tâm dữ liệu xanh, đáp ứng yêu cầu chuyển đổi số và tăng trưởng xanh.