Một khi 'xanh hóa' các trung tâm dữ liệu

Và một trong số đó là nhu cầu và làn sóng chi tiêu cho việc hình thành, vận hành và bảo trì các trung tâm dữ liệu, lĩnh vực thu hút hàng tỷ USD, cùng các nguồn tài nguyên như nước, đất và năng lượng.

Các trung tâm dữ liệu, trông giống như những nhà kho và không có gì đặc biệt, bắt đầu phát triển cách đây một thập kỷ nhờ sự bùng nổ về điện toán đám mây và lưu trữ, lĩnh vực thống trị của những gã khổng lồ công nghệ như Amazon, Microsoft và Google. Và giờ, AI sẽ mở rộng hơn biên giới của lĩnh vực này, chứng kiến sự tham gia của hàng loạt các ông lớn như Blackstone, KKR và Brookfield, với các kế hoạch đầu tư trị giá hàng chục tỷ USD. Có những dự báo cho rằng trong 5 năm tới các ông lớn công nghệ sẽ đầu tư tới 1 nghìn tỷ USD vào các trung tâm dữ liệu.

Nhưng câu chuyện không chỉ có vậy!

Bùng nổ những nhu cầu

Hình dung đơn giản, một máy tính cá nhân chứa ổ cứng để lưu trữ dữ liệu, bộ xử lý có khả năng sửa đổi dữ liệu, phần cứng mạng để kết nối với Internet và pin hoặc nguồn điện để cung cấp năng lượng cho tất cả. Khi điện đi qua phần cứng máy tính, nó sẽ tạo ra nhiệt và được làm mát bằng quạt.

Một trung tâm dữ liệu đang được xây dựng tại Mỹ.

Các trung tâm dữ liệu cũng phát triển từ những khái niệm cốt lõi này và mở rộng ở cấp độ “khổng lồ”. Thay vì một ổ cứng trên máy tính cá nhân, một trung tâm dữ liệu sẽ chứa hàng nghìn ổ cứng và bộ xử lý mạnh mẽ bên trong các “máy chủ” lưu trữ, xử lý và lưu trữ lượng lớn dữ liệu, chẳng hạn như toàn bộ danh mục video của YouTube.

Mỗi email được gửi đi, mỗi tấm ảnh hoặc video được ghi lại, mỗi giao dịch trực tuyến hay mỗi dòng trạng thái đăng tải trên mạng xã hội đều góp phần gia tăng khối lượng dữ liệu kỹ thuật số trên toàn thế giới. Với đà phát triển công nghệ hiện nay, AI và Internet vạn vật (IoT) được cho là những động lực cực lớn cho xã hội loài người, và thực tế các thuật toán AI cần lượng dữ liệu đào tạo khổng lồ. Nói cách khác, AI ngày càng trở nên phức tạp hơn nên sẽ cần lọc nhiều dữ liệu hơn. Đó chính là lý do các trung tâm dữ liệu cũng ngày càng được nhấn mạnh tầm quan trọng.

Theo công ty nghiên cứu thị trường International Data Group, chỉ riêng năm 2022, gần 100 nghìn tỷ gigabyte dữ liệu đã được tiêu thụ, gấp 4,5 nghìn tỷ lần toàn bộ nội dung của Wikipedia. Và con số này được dự báo sẽ tăng gần gấp đôi vào năm 2025. Số lượng người dùng và thiết bị kết nối trực tuyến cũng ngày càng tăng. Lấy ví dụ dễ hình dung, các dịch vụ phát trực tuyến như Netflix và Spotify có hàng triệu người dùng cùng lúc; trong khi đó sự ra đời của tiền điện tử cũng như các phương pháp khai thác chúng càng khiến áp lực gia tăng.

Các nhà phát triển đang nỗ lực mở rộng các trung tâm hiện có hoặc xây dựng các trung tâm dữ liệu mới để đáp ứng nhu cầu. Một loạt máy chủ tiêu tốn nhiều năng lượng và tạo ra lượng nhiệt lớn, cần hệ thống làm mát chuyên dụng để điều tiết. Một trung tâm dữ liệu cần được duy trì ở nhiệt độ từ 18-27 độ C để đảm bảo độ bền cho phần cứng.

Sự bùng nổ các trung tâm dữ liệu đồng nghĩa với việc tăng gấp đôi hoặc gấp ba lượng nhu cầu tiêu thụ năng lượng mà các trung tâm dữ liệu thông thường tiêu dùng. Theo nghiên cứu được đăng trên Business Insider gần đây, tính đến năm 2030, các trung tâm dữ liệu dự kiến sẽ đạt mức tiêu thụ điện năng 35 gigawatt hàng năm, tăng từ mức 17 gigawatt trong năm 2022. Một nghiên cứu khác của Ngân hàng đầu tư COWEN ước tính rằng các trung tâm dữ liệu nền tảng AI có thể cần công suất gấp 5 lần so với các cơ sở truyền thống.

Giải quyết vấn đề liên quan đến khủng hoảng trung tâm dữ liệu tất nhiên không đơn giản như chỉ xây dựng các hoạt động mới hoặc mở rộng những gì hiện có. Các nhà phát triển đối mặt với rất nhiều rào cản, từ các hạn chế về quy hoạch địa phương, nhu cầu tăng cường sản xuất năng lượng, điện và nâng cấp hệ thống truyền tải quốc gia. Lượng điện mà các trung tâm dữ liệu tiêu thụ cũng đặt ra câu hỏi về tính bền vững của chúng và tác động của những dự án này đối với mục tiêu không phát thải ròng của các quốc gia.

Hai mặt của vấn đề

Trong xu thế “xanh hóa” các hoạt động công nghiệp ngày nay, góp phần trong cuộc chiến chống biến đổi khí hậu mạnh mẽ trên toàn cầu, việc các trung tâm dữ liệu được định hướng sử dụng vật liệu, năng lượng bền vững cũng là điều tất yếu. Ở chiều ngược lại, không chỉ thân thiện hơn với môi trường, những trung tâm dữ liệu dạng này còn giúp tiết kiệm tối đa chi phí năng lượng vận hành, từ đó mang lại doanh thu cao hơn cũng như phục vụ tốt hơn cho quá trình chuyển đổi số.

Trung tâm dữ liệu xanh, nói đơn giản là một kho lưu trữ, quản lý và phổ biến dữ liệu, trong đó các hệ thống cơ khí, ánh sáng, điện và máy tính được thiết kế tối đa hóa hiệu quả năng lượng và giảm thiểu tác động môi trường. Để xây dựng và vận hành trung tâm các dữ liệu xanh cần công nghệ và chiến lược tiên tiến. Những trung tâm dữ liệu xanh đảm bảo nhiều ưu điểm.

Thứ nhất, việc xây dựng, vận hành các trung tâm dữ liệu xanh thu hẹp các yêu cầu về không gian so với trung tâm dữ liệu cũ, giảm lượng khí thải carbon, giảm lượng nước sử dụng và khí phát thải.

Thứ hai, một ưu điểm dễ thấy là các cơ sở dữ liệu xanh duy trì môi trường thân thiện với con người, nhân viên làm việc và cho cả các cộng đồng địa phương, hạn chế các yếu tố gây bức xúc hoặc xung đột về lợi ích.

Thứ ba, việc xây dựng, kiểm định để đưa vào vận hành một trung tâm dữ liệu xanh tuy tốn kém ở giai đoạn đầu nhưng có tính hiệu quả cao về lâu dài. Nói rõ hơn, việc áp dụng cách tiếp cận xanh để quản lý môi trường và năng lượng của trung tâm dữ liệu có thể là một khoản đầu tư ban đầu đáng kể. Việc nâng cấp, sửa chữa những trung tâm dữ liệu cũ hoặc xây mới trung tâm dữ liệu xanh sẽ khá tốn kém, mất thời gian và khó đạt được các tiêu chuẩn xanh. Tuy nhiên, theo thời gian, các trung tâm dữ liệu này mang lại nhiều lợi ích, vì với trung tâm dữ liệu xanh, doanh nghiệp có thể tiết kiệm năng lượng, tiêu hao ít điện hơn, các hoạt động giám sát vận hành được tự động hóa, do đó chi phí nhân lực cũng giảm bớt.

Sự bùng nổ của các trung tâm dữ liệu cũng diễn ra khi nhiều doanh nghiệp, chính phủ tăng cường phát triển năng lượng tái tạo trong nỗ lực phủ xanh lưới điện và đáp ứng các mục tiêu giảm phát thải carbon.

Tuy nhiên, như rất nhiều vấn đề, xu hướng xanh hóa các trung tâm dữ liệu không tránh khỏi các cản lực, cả khách quan và chủ quan.

Nhiều thay đổi xã hội, chẳng hạn như việc sử dụng xe điện, tăng cường sử dụng điều hòa không khí khi nhiệt độ tăng cao và điện khí hóa hệ thống sưởi và nấu ăn về cơ bản đã khiến người ta chần chừ trong việc loại bỏ dầu, khí đốt và thậm chí cả than khỏi danh mục sản xuất điện. Với những đòi hỏi đặt ra trong xu thế phát triển của các trung tâm dữ liệu, gánh nặng càng lớn hơn. Việc miễn cưỡng từ bỏ nhiên liệu hóa thạch đi ngược lại quá trình “khử carbon” trong sản xuất điện và năng lượng mà các nhà khoa học cho rằng cần thiết để giải quyết cuộc khủng hoảng khí hậu rất nóng trên toàn cầu hiện nay.

Các trung tâm dữ liệu có nhu cầu tiêu hao năng lượng lớn và không gián đoạn, do đó đòi hỏi các nguồn điện luôn đáng tin cậy có thể cung cấp năng lượng liên tục suốt ngày đêm. Vấn đề đặt ra là năng lượng tái tạo có thể không thể sản xuất đủ năng lượng đáp ứng những đòi hỏi, kéo theo bài toán thế nào là phát triển bền vững các nguồn năng lượng tái tạo để “xanh hóa” không chỉ là một dự định, một xu hướng trong mong mỏi mà còn là một hành trình vững chắc và có kết quả.

Máy chủ tại các trung tâm dữ liệu tiêu thụ nguồn năng lượng khổng lồ.

Mở ra một hướng đi

Đầu tháng 10 vừa qua, OpenUK, một tổ chức doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực phần mềm nguồn mở, phần cứng nguồn mở và dữ liệu mở thông báo đang hợp tác với Liên hợp quốc để khởi động các giải pháp nguồn mở xây dựng mô hình trung tâm dữ liệu phi carbon, có tên “Patchwork Kilt”.

Kế hoạch chi tiết là nhằm phát triển một trung tâm dữ liệu xanh sử dụng công nghệ mở, “đạt được một tương lai bền vững mang lại lợi ích cho tất cả phụ thuộc vào hành động hợp tác”, theo lời Chris Lloyd-Jones, Giám đốc kế hoạch của OpenUK và cũng là người đứng đầu dự án. Những bên tham gia dự án sẽ cùng như thu hút và đóng góp các sáng kiến thông qua một loạt các lĩnh vực khác nhau như phát triển giải pháp phần mềm nguồn mở để giám sát và chuyển hướng nhiệt sinh ra trong các trung tâm dữ liệu; xây dựng bộ công cụ nguồn mở để đánh giá lại không gian đô thị tốt hơn, tìm kiếm các địa điểm tiềm năng có thể được tái sử dụng cho các trung tâm dữ liệu; phân tích thống kê các bộ dữ liệu mở để xác định các khu vực có thể tái sử dụng nguồn nhiệt sản sinh từ các trung tâm dữ liệu…

Trong sáng kiến này, quan trọng nhất là mục tiêu xây dựng chuỗi cung ứng tuần hoàn, nói rõ hơn là xây dựng giải pháp phần mềm nguồn mở quản lý vòng đời của các thành phần quan trọng trong trung tâm dữ liệu. Patchwork Kilt sẽ tổng hợp lượng dữ liệu lớn, được các nhà phân tích nghiên cứu, đánh giá nhằm hiểu hơn về cách thúc đẩy các nỗ lực phát triển bền vững toàn cầu.

Là giải pháp và sáng kiến nguồn mở, dự án này được kỳ vọng sẽ trao quyền cho cộng đồng mạnh mẽ hơn, cung cấp cho cộng đồng những hiểu biết sâu sắc đủ để thúc đẩy hành động thiết thực trong việc xây dựng, vận hành, bảo trì và đón nhận các trung tâm dữ liệu xanh, góp phần xây dựng các thành phố bền vững hơn.

Thái Hân