Mỹ 'đau đầu' khi trung tâm dữ liệu mọc nhanh hơn nhà máy điện

Theo báo cáo mới nhất của hãng nghiên cứu thị trường Gartner, các trung tâm dữ liệu tại Mỹ được dự đoán sẽ tiêu thụ khoảng 3% tổng lượng điện toàn quốc vào năm 2025, nhưng con số này sẽ tăng lên 10% vào năm 2028. Báo cáo cho rằng việc đưa vào sử dụng các mô hình AI tạo sinh đang khiến nhu cầu điện năng tại các trung tâm dữ liệu tăng mạnh, vượt quá khả năng đáp ứng của cơ sở hạ tầng phát điện hiện hữu. Đáng chú ý, tốc độ xây dựng trung tâm dữ liệu đang vượt xa tốc độ phát triển hệ thống cung cấp điện, khiến các phương pháp hiện tại không còn đủ sức đáp ứng.

Các chatbot AI như ChatGPT hay các hệ thống tạo sinh hình ảnh đòi hỏi khối lượng tính toán lớn và lặp lại liên tục, dẫn đến tiêu thụ điện năng rất cao. Khi hàng nghìn GPU vận hành cùng lúc để huấn luyện mô hình và thực hiện suy luận theo thời gian thực, nhu cầu điện tại một trung tâm dữ liệu có thể gấp nhiều lần so với trước đây.

Vì vậy, các chiến lược “tự phát điện tại chỗ” — sử dụng lò phản ứng hạt nhân mô-đun nhỏ (SMR), pin nhiên liệu hydro và năng lượng tái tạo — đang nổi lên như những giải pháp khả thi.

Lò phản ứng hạt nhân mô-đun nhỏ (SMR) – giải pháp khả thi nhất

Một lò SMR có thể phát ra từ 5 đến 300 megawatt (MW) điện. Có thể kết hợp nhiều SMR để cung cấp điện ổn định cho các trung tâm dữ liệu lớn. Khi nhu cầu thấp, lượng điện dư có thể bán ngược lại cho lưới điện thương mại.

Không giống như các nhà máy điện hạt nhân lớn, SMR sử dụng các module tiêu chuẩn sản xuất sẵn tại nhà máy rồi lắp đặt tại chỗ, giúp rút ngắn thời gian xây dựng đáng kể.

Tuy nhiên, chi phí đầu tư ban đầu rất lớn, từ 6 đến 10 tỉ USD cho một đơn vị 1.000MW, cùng với quy trình cấp phép kéo dài nhiều năm là những trở ngại lớn.

Pin nhiên liệu hydro – nguồn phụ trợ đầy tiềm năng

Hydro được đánh giá cao vì không phát thải CO₂, chỉ tạo ra nước khi cháy. Hiện một số trung tâm dữ liệu đã áp dụng hệ thống công suất 50MW.

Tuy nhiên, rủi ro cháy nổ và tính không ổn định của chuỗi cung ứng khiến nó phù hợp hơn với vai trò nguồn dự phòng hoặc bổ sung, hơn là nguồn chính.

Năng lượng tái tạo – cần kết hợp chiến lược

Các nguồn như gió và năng lượng mặt trời cũng được khuyến nghị như một phần trong chiến lược phát điện tại chỗ. Nhưng do phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, địa hình và tính ổn định thấp, nên cũng chủ yếu nên dùng làm nguồn phụ trợ.

Báo cáo lưu ý gánh nặng đầu tư ban đầu: một hệ thống điện mặt trời công suất 1.000MW có thể tốn tới 1,1 tỉ USD, còn hệ thống điện gió lên đến 1,6 tỉ USD.

Cần tính toán vị trí trung tâm dữ liệu

Vị trí đặt trung tâm dữ liệu trong tương lai cần ưu tiên khả năng tự cung cấp điện, thay vì chỉ chú trọng kết nối vật lý với lưới điện quốc gia. Báo cáo khuyến nghị tránh các khu vực có nguy cơ lũ lụt hoặc gần đứt gãy địa chất, đồng thời khi tận dụng năng lượng tái tạo, cần đánh giá đầy đủ đặc điểm vùng miền như tốc độ gió, mức bức xạ mặt trời và khả năng mở rộng hạ tầng.

Jason Donham – Giám đốc nghiên cứu tại Gartner phân tích: “Nhu cầu điện cho trung tâm dữ liệu đang tăng nhanh hơn tốc độ phát triển công nghệ và đây là thời điểm mà chúng ta cần tái thiết chiến lược hạ tầng năng lượng một cách có tính toán, chứ không đơn thuần là mở rộng quy mô”.

Nguy cơ nào nếu điện không theo kịp AI?

Nếu công suất phát điện của Mỹ không đủ để đáp ứng nhu cầu khổng lồ từ các trung tâm dữ liệu, đặc biệt là do sự bùng nổ của AI tạo sinh, sẽ có những hậu quả nghiêm trọng trên nhiều phương diện:

1. Gián đoạn dịch vụ số và kinh tế

Sự cố dịch vụ: Các trung tâm dữ liệu là xương sống của internet và các dịch vụ số. Nếu không đủ điện, chúng sẽ không thể hoạt động ổn định, dẫn đến:

Internet chậm chạp hoặc ngừng hoạt động: Ảnh hưởng đến mọi thứ từ duyệt web, email, mạng xã hội, đến các dịch vụ streaming.

Ứng dụng và dịch vụ trực tuyến bị gián đoạn: Các ứng dụng di động, dịch vụ ngân hàng trực tuyến, thương mại điện tử và các nền tảng làm việc từ xa sẽ không thể truy cập được.

Thất thoát dữ liệu và lỗi hệ thống: Mất điện đột ngột hoặc dao động điện áp có thể gây hỏng hóc phần cứng, mất mát hoặc hỏng dữ liệu quan trọng.

Thiệt hại kinh tế lớn: Thời gian ngừng hoạt động của trung tâm dữ liệu cực kỳ tốn kém. Các công ty có thể mất hàng triệu USD mỗi giờ do doanh thu bị sụt giảm, vi phạm các thỏa thuận mức độ dịch vụ (SLA) và thiệt hại về danh tiếng.

Ảnh hưởng đến đổi mới AI: Nếu không có đủ năng lượng, việc đào tạo và vận hành các mô hình AI phức tạp sẽ bị hạn chế, làm chậm lại tốc độ đổi mới và phát triển trong lĩnh vực AI.

2. Căng thẳng lên lưới điện quốc gia

Tăng nguy cơ mất điện diện rộng (blackouts): Nhu cầu điện tăng đột biến và không ổn định từ các trung tâm dữ liệu có thể làm quá tải lưới điện, đặc biệt là ở những khu vực có mật độ trung tâm dữ liệu cao.

Giá điện tăng: Để khuyến khích xây dựng thêm nhà máy điện và nâng cấp hạ tầng, giá điện có thể sẽ tăng lên cho tất cả người tiêu dùng và doanh nghiệp.

Áp lực lên hạ tầng cũ kỹ: Lưới điện của Mỹ, ở một số nơi, đã cũ kỹ và cần được nâng cấp đáng kể để đáp ứng nhu cầu mới. Việc kết nối các trung tâm dữ liệu lớn đòi hỏi thời gian quy hoạch và cấp phép kéo dài (thường 5-10 năm).

Phát thải carbon tăng: Để đáp ứng nhu cầu cấp bách, có thể phải xây dựng thêm các nhà máy điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch, đi ngược lại các mục tiêu về biến đổi khí hậu và giảm phát thải carbon.

3. Hậu quả xã hội và an ninh

Ảnh hưởng đến đời sống hằng ngày: Mọi khía cạnh của cuộc sống hiện đại đều phụ thuộc vào dữ liệu và dịch vụ số. Thiếu điện cho trung tâm dữ liệu sẽ làm gián đoạn giáo dục, y tế, giao thông vận tải và nhiều dịch vụ công cộng khác.

Rủi ro an ninh quốc gia: Nhiều cơ sở hạ tầng quan trọng (ví dụ: hệ thống quốc phòng, tài chính) cũng dựa vào các trung tâm dữ liệu. Thiếu điện có thể đe dọa an ninh và ổn định quốc gia.

Căng thẳng địa phương: Các cộng đồng địa phương có thể phản đối việc xây dựng thêm trung tâm dữ liệu do lo ngại về việc tiêu thụ điện năng lớn, tiếng ồn và áp lực lên tài nguyên nước.