Nvidia tìm ra cách giảm lượng nước tiêu thụ trong các trung tâm AI về 0

Các trung tâm AI vận hành những mô hình AI khổng lồ như ChatGPT tiêu thụ lượng điện và nước ngày càng lớn để làm mát hệ thống máy chủ. Trong hoàn cảnh đó, Nvidia vừa công bố một công nghệ làm mát mới được cho là có thể giảm gần như hoàn toàn lượng nước sử dụng bên trong trung tâm dữ liệu. Tuy nhiên, dù được đánh giá là bước tiến quan trọng, giải pháp này vẫn chưa thể giải quyết triệt để bài toán môi trường mà ngành AI đang đối mặt.

Làm mát bằng trung tâm AI “nước nóng”: Ý tưởng tưởng như nghịch lý của Nvidia

Là công ty hưởng lợi lớn nhất từ làn sóng AI toàn cầu, Nvidia hiểu rõ hơn ai hết những thách thức mà các trung tâm dữ liệu thế hệ mới đang phải đối mặt. Các bộ xử lý AI ngày càng mạnh đồng nghĩa với lượng nhiệt sinh ra ngày càng lớn, đòi hỏi hệ thống làm mát hiệu quả hơn để duy trì hiệu suất hoạt động.

Thông thường, các trung tâm dữ liệu sử dụng nước lạnh hoặc các hệ thống điều hòa công suất lớn để giảm nhiệt độ máy chủ. Quá trình này tiêu tốn lượng điện năng và nước khổng lồ, đặc biệt tại những cơ sở vận hành hàng chục nghìn bộ xử lý AI.

Để giải quyết vấn đề, Nvidia đã phát triển một hệ thống làm mát mới với nguyên lý nghe có vẻ trái ngược với logic thông thường: Sử dụng nước nóng.

Theo ông Ali Heydari, Giám đốc phụ trách hạ tầng và công nghệ làm mát trung tâm dữ liệu của Nvidia, công ty đã loại bỏ được một lượng lớn điện năng tiêu thụ và gần như toàn bộ nhu cầu sử dụng nước trong quá trình vận hành trung tâm dữ liệu.

Nvidia ví hệ thống này giống như một bồn tắm nước nóng (jacuzzi). Nếu nhiệt độ nước trong jacuzzi thường dao động từ 38 đến 40 độ C thì chất lỏng làm mát trong các máy chủ AI thế hệ mới của Nvidia có thể đạt tới 45 độ C mà vẫn đảm bảo hiệu quả vận hành của chip.

Thoạt nhìn, điều này dường như không hợp lý. Nước càng nóng thì khả năng làm mát càng thấp. Tuy nhiên, Nvidia cho biết chính nhiệt độ chất lỏng cao hơn lại tạo điều kiện để nhiệt lượng được giải phóng trực tiếp ra môi trường thông qua các bộ tản nhiệt đặt bên ngoài tòa nhà.

Nhờ đó, hệ thống không cần phụ thuộc quá nhiều vào các thiết bị cơ khí tiêu tốn điện năng như máy nén khí hay tháp giải nhiệt. Trong phần lớn thời gian trong năm, đặc biệt ở những khu vực có khí hậu thuận lợi, nhiệt lượng có thể được xử lý hoàn toàn bằng quá trình trao đổi nhiệt tự nhiên.

Điểm đáng chú ý là hệ thống hoạt động theo cơ chế tuần hoàn khép kín. Cùng một lượng chất lỏng được tái sử dụng liên tục mà không bị thất thoát do bay hơi như các giải pháp làm mát truyền thống.

Theo tính toán của Nvidia, công nghệ này có thể giúp các trung tâm dữ liệu tại một số khu vực giảm lượng nước tiêu thụ xuống gần bằng 0. Công ty cũng cho biết chi phí vận hành liên quan đến điện năng và nước có thể giảm hơn 4 triệu USD mỗi năm đối với một trung tâm dữ liệu quy mô lớn.

Bước tiến quan trọng nhưng chưa thể giải quyết toàn bộ “cơn khát” của AI

Dù mang lại nhiều hứa hẹn, các chuyên gia cho rằng công nghệ mới của Nvidia chỉ giải quyết được một phần trong bài toán môi trường mà ngành AI đang đối mặt.

Theo các phân tích của giới nghiên cứu, hệ thống làm mát có thể chiếm tới 40% lượng điện năng tiêu thụ của một trung tâm dữ liệu truyền thống. Vì vậy, việc cắt giảm đáng kể nhu cầu làm mát rõ ràng là một bước tiến quan trọng.

Tuy nhiên, phần lớn dấu chân nước của AI lại không nằm hoàn toàn bên trong các trung tâm dữ liệu. Theo các nghiên cứu được truyền thông công nghệ quốc tế dẫn lại, lượng nước tiêu thụ gián tiếp trong quá trình sản xuất điện và chế tạo chip bán dẫn thậm chí còn lớn hơn lượng nước dùng trực tiếp để làm mát máy chủ.

Các nhà máy điện, đặc biệt là nhiệt điện và điện hạt nhân, đều cần lượng nước rất lớn để vận hành. Trong khi đó, quá trình sản xuất chip tiên tiến cũng là một trong những ngành công nghiệp tiêu tốn nước sạch nhiều nhất thế giới.

Điều này đồng nghĩa rằng ngay cả khi Nvidia có thể giảm gần như hoàn toàn lượng nước sử dụng bên trong trung tâm dữ liệu, tổng mức tiêu thụ nước liên quan đến AI chỉ giảm được khoảng từ một phần tư đến một phần ba.

Nói cách khác, công nghệ mới giúp giải quyết một mắt xích quan trọng nhưng chưa thể xử lý toàn bộ chuỗi tác động môi trường của ngành công nghiệp AI.

Áp lực càng trở nên rõ rệt khi nhu cầu tính toán AI đang tăng theo cấp số nhân. Hàng loạt tập đoàn công nghệ lớn như Microsoft, Google, Amazon, Meta hay OpenAI đều đang đầu tư hàng chục tỉ USD vào các trung tâm dữ liệu mới để phục vụ huấn luyện và vận hành các mô hình AI thế hệ tiếp theo.

Nhiều dự báo cho thấy đến năm 2030, các trung tâm dữ liệu trên toàn cầu có thể phát thải lượng khí CO₂ tương đương cả nước Anh hiện nay. Đồng thời, lượng nước sạch mà ngành này sử dụng mỗi năm có thể tương đương nhu cầu sinh hoạt của khoảng 1,3 tỉ người.

Trong hoàn cảnh đó, sáng kiến của Nvidia được xem là tín hiệu tích cực cho thấy ngành công nghệ đang bắt đầu quan tâm nghiêm túc hơn đến tính bền vững của AI. Tuy nhiên, các chuyên gia nhận định rằng để giảm đáng kể tác động môi trường, ngành công nghiệp này sẽ cần nhiều giải pháp đồng bộ hơn, từ nguồn điện tái tạo, quy trình sản xuất chip tiết kiệm tài nguyên cho đến các công nghệ làm mát thế hệ mới.

Cuộc cách mạng AI đang mở ra những cơ hội chưa từng có cho kinh tế và khoa học. Nhưng cùng với đó là một thách thức không nhỏ: Làm thế nào để những cỗ máy thông minh của tương lai không trở thành gánh nặng đối với tài nguyên của hành tinh.