Những đám mây khát nước

Mỗi năm, nhân loại tạo ra thêm hàng chục zettabyte dữ liệu số (1 zettabyte tương đương khoảng 250 tỉ chiếc đĩa DVD). Lượng dữ liệu khổng lồ này đang được lưu trữ trong hàng ngàn trung tâm dữ liệu rải rác khắp thế giới, nơi các máy chủ đang duy trì hoạt động của Internet.

Chúng tiêu tốn rất nhiều năng lượng và đồng thời tạo ra rất nhiều nhiệt. Nếu không được làm mát đầy đủ, các máy chủ sẽ trở nên quá nóng, hỏng hóc, thậm chí bốc cháy.

Người và máy: Giọt nước chia hai

Để làm mát các máy chủ, có thể dùng điều hòa không khí truyền thống - vốn đắt tiền, hoặc sử dụng nước cho kỹ thuật làm mát bằng bay hơi. Lựa chọn sau rẻ tiền hơn nhưng tiêu tốn hàng triệu lít nước.

Có một so sánh phổ biến như sau: mỗi ngày, một trung tâm dữ liệu điển hình sẽ sử dụng lượng nước tương đương với một khu phố có 30.000 đến 40.000 người. Theo một nghiên cứu mới đây của Mỹ, ChatGPT sẽ cần "uống" nửa lít nước để hoàn thành một cuộc trò chuyện cơ bản với loài người, thường từ 25 - 50 câu hỏi, và AI này đang có khoảng 100 triệu người dùng thường xuyên mỗi tháng.

Đó là lý do tại sao các trung tâm dữ liệu nằm trong số 10 ngành công nghiệp thương mại "khát nước" nhất nước Mỹ, nơi đang đặt hơn 30% số lượng trung tâm dữ liệu của thế giới. Theo nghiên cứu của ĐH Virginia Tech hồi tháng 5-2021, phần lớn nhu cầu nước đến từ việc sử dụng điện (các nhà máy điện sử dụng nước khi vận hành), nhưng khoảng 25% lượng nước được dùng để làm mát trực tiếp.

Nghiên cứu cũng cho thấy mâu thuẫn: rất nhiều trung tâm dữ liệu đang hoạt động ở những nơi khan hiếm nước, đặc biệt là miền Tây nước Mỹ, nơi các cộng đồng địa phương đang vật lộn để tiết kiệm nước trong bối cảnh hạn hán gia tăng. 

Bang Arizona, thành phố sa mạc với nửa triệu cư dân Mesa đang "nuôi" hàng loạt trung tâm dữ liệu của Google, Apple và nhiều ông lớn công nghệ khác. Tại làng Los Lunas, bang New Mexico, nông dân đã phản đối việc xây dựng một trung tâm dữ liệu của Meta (công ty mẹ của Facebook).

Tại sao lại có mâu thuẫn trên? Một phần lý do là vì các công ty công nghệ muốn đặt nhiều máy chủ ở những nơi có nguồn năng lượng rẻ và sạch như Arizona, nơi sản xuất nhiều điện mặt trời. Lựa chọn như thế sẽ giúp đáp ứng các mục tiêu khí hậu của chính họ. Trong khi đó, nguồn năng lượng của những khu vực dư dả nước nôi hơn, như ở miền Đông, lại phát thải carbon cao hơn.

Nhưng đó không phải là sự lựa chọn dễ chịu cho các hãng công nghệ. Một tờ báo địa phương ở Dalles, bang Oregon, đã điều tra được rằng một trung tâm dữ liệu của Google "uống" hơn 1/4 lượng nước của cả thành phố. Google sau đó trở thành công ty đầu tiên công khai số liệu về nhu cầu nước của các trung tâm dữ liệu trên toàn thế giới.

Nói đúng hơn, không bên nào bình yên trong tình cảnh này. John DeVoe, cố vấn cho tổ chức môi trường WaterWatch của Oregon, lo lắng rằng các trung tâm dữ liệu ở Dalles đang cạnh tranh nguồn nước quý giá, vốn có thể dùng để hỗ trợ các loài vật ở đất ngập nước và sông ngòi gần đó. "Đây là một tình huống khó khăn, khi nguồn nước được hứa hẹn cho quá nhiều lợi ích" - DeVoe nói với The Washington Post.

Tương lai nóng hạn

Khi nhiệt độ cao kỷ lục tàn phá nước Anh vào tháng 7 năm ngoái, các trung tâm dữ liệu của Google Cloud ở London đã "offline" suốt một ngày vì hệ thống làm mát trục trặc. Sự cố không chỉ ảnh hưởng mỗi địa bàn đặt máy chủ: khách hàng của nó ở Mỹ và khu vực Thái Bình Dương đã bị hạn chế truy cập vào các dịch vụ chính của Google trong nhiều giờ liền. Nhiều vụ tương tự đã xảy ra ở Mỹ trong cả mùa hè.

Thời tiết bất định sẽ thách thức tất cả cơ sở hạ tầng mà con người đã tạo ra, bao gồm cả các cỗ máy đang lưu trữ tri thức nhân loại. Nhưng chúng đã sẵn sàng "chiến đấu" chưa?

Khi phát triển một hệ thống làm mát cho trung tâm dữ liệu, người ta cân nhắc về thiết kế của bộ tản nhiệt và chip bậc thấp (low-level), phần mềm nhận biết nhiệt, cách sắp đặt các máy chủ, quạt và hệ thống làm mát của tòa nhà, cũng như cách tận dụng khí hậu địa phương (như khi bạn mở cửa sổ vào mùa thu thay vì bật máy điều hòa)… 

Vấn đề nằm ở chỗ những cân nhắc tính toán trên đã thuộc về quá khứ. "Cách đây không lâu, chúng ta đã thiết kế ra các hệ thống làm mát cho nhiệt độ cao nhất ngoài trời là 32oC" - theo Jon Healy, thuộc công ty tư vấn Keysource ở Anh. Năm ngoái, nước Anh nóng hơn "mức trần" kể trên những 8 độ.

Sophia Flucker, thuộc công ty tư vấn Operational Intelligence, cho biết: các công ty thiết kế trung tâm dữ liệu bắt đầu cân nhắc giữa thông tin thời tiết lỗi thời và nhiệt độ dự kiến trong tương lai. "Nhưng cách làm này phụ thuộc vào việc ta có thể dự đoán tương lai chính xác đến đâu", cô nói.

Bên cạnh việc xây dựng mới, một số lượng lớn các trung tâm dữ liệu kiểu cũ, tỉ như của giới ngân hàng, sẽ cần được trang bị khả năng chịu nóng. Và ở thời điểm "đổi mới" này, trung tâm dữ liệu - và các công ty - không nên chỉ tập trung vào việc thích nghi với biến đổi khí hậu, mà còn cần tích cực đóng góp vào việc ngăn chặn sự nóng lên toàn cầu.

Đi tìm thế hệ máy chủ "chịu nóng"

Các nhà khoa học và tập đoàn đang hướng tới mục tiêu đó theo nhiều cách. Một số trung tâm dữ liệu đang theo hướng tăng hiệu năng, nghĩa là làm được nhiều việc hơn với cùng một lượng điện. Một số khác chọn "chuyển hộ khẩu" sang nơi cung cấp năng lượng xanh, hoặc thậm chí tự sản xuất năng lượng tái tạo. Nhìn chung, là cuộc tìm kiếm các hệ thống làm mát tiết kiệm điện nước hơn, đồng thời nỗ lực tăng khả năng chịu nóng của các máy chủ.

Một ý tưởng "chạy trốn cái nóng" là dịch chuyển trung tâm dữ liệu về phía bắc mát mẻ, nhưng cách này sẽ có những vấn đề riêng. Trong khi đó, với điện toán biên (edge computing), chú trọng cải thiện thời gian phản hồi và tiết kiệm băng thông, các doanh nghiệp lại muốn đưa trung tâm dữ liệu đến gần điểm tiêu thụ dữ liệu hơn, thường là các đô thị đã sẵn nóng nực.

Đó cũng không hẳn là ác mộng cho các thành phố, vì lượng nhiệt thải từ các trung tâm dữ liệu có thể được dùng để sưởi ấm nhiều tòa nhà vào mùa đông, thông qua một mạng lưới đường ống. Khái niệm "district heating" này đã có từ thời Đế chế La Mã, và vẫn còn tồn tại ở một số siêu đô thị. 

Điểm khác biệt giờ đây là dùng nhiệt thải có sẵn thay vì đốt nhiên liệu hóa thạch. Ở quy mô nhỏ hơn, một công ty công nghệ của Anh, Deep Green, đang tận dụng các trung tâm dữ liệu mini cho việc sưởi ấm các bể bơi công cộng, và kiếm tiền từ việc cho thuê máy chủ.

Cũng có vài giải pháp táo bạo hơn đang được nghiên cứu, chẳng hạn Microsoft từng cho chìm một trung tâm dữ liệu ở độ sâu hơn 35 mét dưới biển ngoài khơi Scotland, nhằm làm mát và các lợi ích khác. 

Họ cũng thử nhấn chìm các máy chủ trong bể chất lỏng kín, nơi chất lỏng sôi lên, bốc hơi và rồi "đổ mưa" trở lại bể. Microsoft có kế hoạch cắt giảm 95% lượng nước phục vụ các trung tâm dữ liệu vào năm 2024, với mục tiêu sẽ loại bỏ việc sử dụng nước.

Vẫn còn một lý do để chúng ta lạc quan: hiệu năng của các trung tâm dữ liệu đã được cải thiện đáng kể trong chục năm qua. Từ 2010 - 2018, trong khi khối lượng công việc của các trung tâm dữ liệu đã tăng gấp 5 lần, mức tiêu thụ điện của chúng chỉ tăng 6%, theo nghiên cứu của ĐH Virginia Tech.