AI có đang "hút" điện của thế giới? Những điều khủng khiếp hơn vẫn chưa đến

[Thoại Viết Hoàng]

Những năm gần đây, sự trỗi dậy của trí tuệ nhân tạo (AI) đã gây ra sự bàn tán và quan ngại rộng rãi. Nhiều người lo ngại AI sẽ khiến tỷ lệ thất nghiệp tăng cao, trong khi một số bạn lạc quan lại đùa rằng “miễn là tiền điện còn đắt hơn bánh bao”. AI sẽ không bao giờ có thể thay thế hoàn toàn con người".

Dù đây là một trò đùa nhưng đằng sau nó là vấn đề thực sự về tiêu thụ năng lượng của AI. Ngày càng có nhiều người lo lắng rằng mức tiêu thụ năng lượng cao sẽ trở thành nút thắt hạn chế sự phát triển của AI. Cách đây không lâu, doanh nhân công nghệ và cựu kỹ sư Google Kyle Corbitt cho biết trên mạng xã hội X rằng Microsoft đã gặp khó khăn trong vấn đề này.

AI tiêu thụ bao nhiêu điện?

​

Corbett cho biết các kỹ sư đào tạo GPT-6 của Microsoft đang bận rộn xây dựng mạng IB (InfiniBand) để kết nối các GPU được phân bổ ở các khu vực khác nhau. Công việc khó khăn nhưng họ không có lựa chọn nào khác vì nếu hơn 100.000 chip H100 được triển khai trong cùng một khu vực, lưới điện sẽ sụp đổ.

Tại sao sự tập trung của những con chip này lại dẫn đến sự cố sập lưới điện? Hãy làm một phép tính đơn giản.

Dữ liệu công bố trên website của NVIDIA cho thấy công suất cực đại của mỗi chip H100 là 700W, mức tiêu thụ điện năng cao nhất của 100.000 chip H100 có thể lên tới 70 triệu W. Một chuyên gia ngành năng lượng trong khu vực bình luận X đã chỉ ra rằng tổng mức tiêu thụ năng lượng của 100.000 con chip sẽ tương đương với toàn bộ sản lượng của một nhà máy điện mặt trời hoặc điện gió nhỏ. Ngoài ra, mức tiêu thụ năng lượng của các cơ sở hỗ trợ cho rất nhiều chip cũng phải được xem xét, bao gồm cả máy chủ và thiết bị làm mát. Với rất nhiều cơ sở tiêu thụ điện tập trung ở một khu vực nhỏ, bạn có thể tưởng tượng áp lực mà nó gây ra cho lưới điện.

Tiêu thụ năng lượng AI, phần nổi của tảng băng chìm​

Liên quan đến vấn đề tiêu thụ năng lượng của AI, báo cáo của tờ New Yorker từng thu hút sự chú ý rộng rãi. Các báo cáo ước tính ChatGPT có thể tiêu thụ hơn 500.000 kilowatt giờ điện mỗi ngày. Trên thực tế, mặc dù mức tiêu thụ điện năng hiện tại của AI dường như là một con số thiên văn nhưng vẫn còn ít hơn thế rất nhiều. tiền điện tử và các trung tâm dữ liệu truyền thống. Những khó khăn mà các kỹ sư Microsoft gặp phải cũng cho thấy điều hạn chế sự phát triển của AI không chỉ là mức tiêu thụ năng lượng của bản thân công nghệ mà còn là mức tiêu thụ năng lượng của cơ sở hạ tầng hỗ trợ và khả năng vận chuyển của lưới điện.

Báo cáo do Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) công bố cho thấy mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu của các trung tâm dữ liệu, trí tuệ nhân tạo và tiền điện tử sẽ đạt 460 TWh vào năm 2022, chiếm gần 2% mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu . IEA dự đoán trong trường hợp xấu nhất, mức tiêu thụ điện tại các khu vực này sẽ đạt 1.000 TWh vào năm 2026, tương đương mức tiêu thụ điện của toàn Nhật Bản.

Tuy nhiên, báo cáo cũng cho thấy mức tiêu thụ năng lượng hiện tại đầu tư trực tiếp vào nghiên cứu và phát triển AI thấp hơn nhiều so với trung tâm dữ liệu và tiền điện tử. NVIDIA chiếm khoảng 95% thị trường máy chủ AI, cung cấp khoảng 100.000 chip vào năm 2023, tiêu thụ khoảng 7,3 TWh điện mỗi năm. Nhưng vào năm 2022, mức tiêu thụ năng lượng của tiền điện tử là 110 TWh, tương đương với mức tiêu thụ điện của toàn Hà Lan.

Ước tính mức tiêu thụ năng lượng của các trung tâm dữ liệu truyền thống, tiền điện tử và trung tâm dữ liệu AI vào năm 2022 và 2026 (biểu đồ thanh được hiển thị từ dưới lên trên). Có thể thấy, mức tiêu thụ điện năng hiện tại của AI thấp hơn rất nhiều so với trung tâm dữ liệu và tiền điện tử. Nguồn ảnh: IEA​

Tiêu thụ năng lượng làm mát không thể bỏ qua​

Hiệu quả sử dụng năng lượng của một trung tâm dữ liệu thường được đánh giá bằng tỷ lệ hiệu quả sử dụng năng lượng (Power Usage Efficiencyness) , là tỷ lệ giữa tổng năng lượng tiêu thụ và năng lượng tiêu thụ của tải CNTT. Tỷ lệ hiệu quả sử dụng năng lượng càng gần bằng 1 thì năng lượng bị lãng phí trong trung tâm dữ liệu càng ít. Một báo cáo do Uptime Institute, một tổ chức tiêu chuẩn trung tâm dữ liệu, công bố cho thấy tỷ lệ hiệu quả sử dụng năng lượng trung bình của các trung tâm dữ liệu lớn toàn cầu vào năm 2020 là khoảng 1,59 . Nói cách khác, cứ 1 kilowatt giờ điện mà thiết bị CNTT trong trung tâm dữ liệu tiêu thụ thì thiết bị hỗ trợ của nó tiêu thụ 0,59 kilowatt giờ điện.

Phần lớn năng lượng tiêu thụ bổ sung của trung tâm dữ liệu được sử dụng cho hệ thống làm mát. Một nghiên cứu khảo sát cho thấy năng lượng tiêu thụ của hệ thống làm mát có thể lên tới 40% tổng mức tiêu thụ năng lượng của trung tâm dữ liệu . Trong những năm gần đây, với việc nâng cấp chip, công suất của một thiết bị đã tăng lên và mật độ năng lượng của các trung tâm dữ liệu (tức là mức tiêu thụ điện năng trên một đơn vị diện tích) tiếp tục tăng, đặt ra yêu cầu cao hơn về khả năng tản nhiệt. Nhưng đồng thời, bằng cách cải thiện thiết kế trung tâm dữ liệu, lãng phí năng lượng có thể giảm đáng kể.

Do sự khác biệt trong hệ thống làm mát, thiết kế cấu trúc và các khía cạnh khác, tỷ lệ hiệu quả sử dụng năng lượng của các trung tâm dữ liệu khác nhau rất khác nhau. Báo cáo của Viện Uptime cho thấy các nước châu Âu đã giảm tỷ lệ hiệu quả năng lượng xuống 1,46, trong khi hơn 1/10 tỷ lệ hiệu quả năng lượng của trung tâm dữ liệu ở khu vực châu Á - Thái Bình Dương vẫn vượt quá 2,19.

Các quốc gia trên thế giới đang thực hiện các biện pháp để thúc giục các trung tâm dữ liệu đạt được mục tiêu bảo tồn năng lượng và giảm phát thải. Trong số đó, Liên minh Châu Âu yêu cầu các trung tâm dữ liệu lớn phải lắp đặt thiết bị thu hồi nhiệt thải; chính phủ Mỹ đầu tư vào nghiên cứu và phát triển các chất bán dẫn tiết kiệm năng lượng hơn; chính phủ Trung Quốc cũng đưa ra các biện pháp yêu cầu các trung tâm dữ liệu phải có tỷ lệ tiết kiệm năng lượng; không cao hơn 1,3 từ năm 2025 và tăng tỷ lệ sử dụng năng lượng tái tạo hàng năm tăng lên 100% vào năm 2032.

Tỷ lệ hiệu quả sử dụng năng lượng của các trung tâm dữ liệu lớn trên thế giới vào năm 2020. Từ trái sang phải: Châu Phi, Châu Á - Thái Bình Dương, Châu Âu, Châu Mỹ Latinh, Trung Đông, Nga và các nước CIS, Hoa Kỳ và Canada. Nguồn hình ảnh: Viện Uptime​

Các công ty công nghệ sử dụng điện đã khó giảm chi, tăng doanh thu lại càng khó hơn​

Với sự phát triển của tiền điện tử và AI, quy mô trung tâm dữ liệu của các công ty công nghệ lớn tiếp tục mở rộng. Theo thống kê của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) , Mỹ sẽ có 2.700 trung tâm dữ liệu vào năm 2022, tiêu thụ 4% lượng điện tiêu thụ của cả nước và dự đoán tỷ lệ này sẽ đạt 6% vào năm 2026. Khi đất đai ngày càng khan hiếm ở bờ biển phía đông và phía tây Hoa Kỳ, các trung tâm dữ liệu đang dần di chuyển đến các khu vực trung tâm như Iowa và Ohio. Tuy nhiên, các ngành công nghiệp ban đầu ở các khu vực hạng hai này kém phát triển và nguồn cung cấp điện có thể không còn nữa. có thể đáp ứng được nhu cầu.

Một số công ty công nghệ đã cố gắng tách khỏi lưới điện và mua điện trực tiếp từ các nhà máy điện hạt nhân nhỏ, nhưng phương thức sử dụng điện và xây dựng nhà máy điện hạt nhân mới này phải đối mặt với các thủ tục hành chính phức tạp. Microsoft đang cố gắng sử dụng AI để hỗ trợ hoàn thiện các ứng dụng, trong khi Google sử dụng AI để lên lịch các tác vụ điện toán nhằm cải thiện hiệu quả vận hành lưới điện và giảm lượng khí thải carbon của doanh nghiệp. Về việc khi nào phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể kiểm soát sẽ được đưa vào sử dụng thì vẫn chưa rõ.

Khí hậu nóng lên đang khiến mọi thứ trở nên tồi tệ hơn​

Nghiên cứu và phát triển AI đòi hỏi sự hỗ trợ mạnh mẽ và ổn định của lưới điện, nhưng với sự xuất hiện thường xuyên của thời tiết khắc nghiệt, lưới điện ở nhiều khu vực đang trở nên mỏng manh hơn. Khí hậu nóng lên sẽ dẫn đến các hiện tượng thời tiết cực đoan xảy ra thường xuyên hơn, không chỉ khiến nhu cầu điện tăng đột biến và tăng gánh nặng cho lưới điện mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến các cơ sở lưới điện. Báo cáo của IEA chỉ ra rằng do hạn hán, lượng mưa không đủ và tuyết tan sớm, tỷ trọng thủy điện toàn cầu vào năm 2023 đã giảm xuống mức thấp nhất trong 30 năm, dưới 40%.

Khí đốt tự nhiên thường được coi là cầu nối trong quá trình chuyển đổi sang năng lượng tái tạo, nhưng nó không ổn định trong thời tiết mùa đông khắc nghiệt. Năm 2021, một đợt rét đậm tấn công Texas ở Mỹ, khiến một số cư dân bị mất điện trong hơn 70 giờ. Một trong những nguyên nhân chính của thảm họa này là do đường ống dẫn khí đốt tự nhiên bị đóng băng, khiến các nhà máy điện khí đốt tự nhiên phải đóng cửa. Hộiđồng Độ tin cậy Điện Bắc Mỹ (NERC) dự đoán từ năm 2024 đến 2028, hơn 3 triệu người ở Mỹ và Canada sẽ phải đối mặt với nguy cơ mất điện ngày càng tăng.

Để đảm bảo an ninh năng lượng đồng thời đạt được mục tiêu bảo tồn năng lượng và giảm phát thải, nhiều nước cũng coi nhà máy điện hạt nhân là biện pháp chuyển tiếp. Tại Hội nghị thượng đỉnh lần thứ 28 của Ủy ban Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu (COP 28) vào tháng 12 năm 2023 , 22 quốc gia đã ký tuyên bố chung cam kết tăng công suất sản xuất điện hạt nhân lên gấp ba lần mức năm 2020 vào năm 2050. Đồng thời, khi Trung Quốc, Ấn Độ và các nước khác thúc đẩy mạnh mẽ việc xây dựng điện hạt nhân, IEA dự đoán rằng sản lượng điện hạt nhân toàn cầu sẽ đạt mức cao kỷ lục vào năm 2025.

Báo cáo của IEA chỉ ra: “Trước tình hình khí hậu thay đổi, việc cải thiện đa dạng hóa năng lượng, tăng cường khả năng điều phối liên khu vực của lưới điện và áp dụng các phương pháp sản xuất điện chống va đập hơn sẽ ngày càng trở nên quan trọng”. Cơ sở hạ tầng không chỉ liên quan đến sự phát triển của công nghệ AI, nó còn liên quan đến nền kinh tế quốc gia và sinh kế của người dân. #AIngốnđiện