Hồi kết kỷ nguyên Silicon: AI đang định hình lại ngành năng lượng toàn cầu

Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo tạo sinh (Generative AI) đang đẩy mô hình tính toán “silicon” truyền thống đến giới hạn, đặc biệt là về mặt tiêu thụ năng lượng. Theo ước tính, mỗi yêu cầu trung bình gửi đến một mô hình ngôn ngữ lớn (LLM) tiêu thụ khoảng 0,3 watt-giờ. Dù con số này có vẻ nhỏ bé, nhưng khi nhân lên với hàng tỷ yêu cầu mỗi ngày, nó tạo ra một nhu cầu điện năng khổng lồ, gây áp lực lớn lên hệ thống năng lượng.

Vấn đề càng trở nên rõ ràng hơn khi xem xét các mô hình tạo hình ảnh và video. Việc tạo ra chỉ vài giây nội dung có thể tiêu tốn lượng điện năng tương đương với một chiếc lò vi sóng hoạt động trong một giờ. Điều này minh họa rõ ràng quy mô thách thức mà AI đang đặt ra cho các mạng lưới điện lực hiện tại.

Sự gia tăng nhu cầu năng lượng này tập trung chủ yếu tại các trung tâm dữ liệu (Data Centers). Mật độ công suất trên mỗi tủ rack tại đây đang tăng mạnh, từ mức 10–15 kW lên tới 50–70 kW. Sự thay đổi này đặt ra yêu cầu kỹ thuật mới cho cơ sở hạ tầng; các mạng lưới điện và trạm biến áp tại các đô thị lớn, bao gồm cả Moscow, đang chịu thêm áp lực do quá trình điện khí hóa giao thông và các loại hình phụ tải khác gia tăng.

Các chuyên gia cảnh báo rằng việc các “trang trại AI” mọc lên không kiểm soát có thể dẫn đến tình trạng quá tải cục bộ nghiêm trọng. Các quốc gia và tập đoàn công nghệ buộc phải tìm kiếm các giải pháp năng lượng mới mẻ để đáp ứng “cơn khát” của AI, đồng thời vẫn phải giữ vững các cam kết về môi trường.

Các gã khổng lồ công nghệ phương Tây đã thử nghiệm những cách tiếp cận không hề tầm thường. Ví dụ, một dự án từng đề xuất đặt máy chủ dưới đáy đại dương để tận dụng khả năng làm mát tự nhiên từ nước biển, nhưng cuối cùng lại phải đối mặt với tình trạng ăn mòn thiết bị nhanh chóng và chi phí vận hành cao ngất ngưởng. Song song đó, các tập đoàn lớn như Google và Amazon đang nỗ lực chuyển đổi các trung tâm dữ liệu sang sử dụng năng lượng tái tạo. Tuy nhiên, tốc độ tăng trưởng nhu cầu tính toán của AI đang vượt xa tốc độ triển khai các nguồn phát điện “xanh” này.

Trong khuôn khổ điều tiết, Châu Âu nổi lên như một khu vực tiên phong, nơi AI và trung tâm dữ liệu đã được lồng ghép chặt chẽ vào chương trình nghị sự về khí hậu. Đạo luật EU AI Act yêu cầu các nhà phát triển mô hình mạnh nhất phải lập hồ sơ chi tiết về mức tiêu thụ năng lượng trong các giai đoạn huấn luyện, tinh chỉnh và vận hành, biến hiệu suất năng lượng trở thành tiêu chí đánh giá công nghệ chính thức.

Bổ sung cho quy định này là Chỉ thị về Hiệu suất Năng lượng, yêu cầu lập sổ đăng ký công khai tất cả các trung tâm dữ liệu có công suất trên 500 kW, bao gồm các thông tin về mức tiêu thụ điện, tỷ lệ sử dụng Năng lượng Tái tạo (NTR), và chỉ số PUE (Power Usage Effectiveness – Hệ số Hiệu quả Sử dụng Năng lượng). Quy định về Thiết kế Sinh thái cũng đang loại bỏ các máy chủ và hệ thống lưu trữ kém hiệu quả nhất khỏi thị trường châu Âu. Điều này ngụ ý rằng “hồi kết của kỷ nguyên silicon” đi kèm với sự sàng lọc khắt khe không chỉ về hiệu suất tính toán mà còn về mức tiêu thụ năng lượng cụ thể.

Tại Nga, theo đánh giá của các chuyên gia trong ngành, tình hình có phần đặc thù. Một mặt, hệ thống năng lượng phải đối mặt với cơ sở hạ tầng cũ kỹ và nguy cơ quá tải. Mặt khác, đất nước lại sở hữu nguồn dự trữ đáng kể từ các nhà máy điện hạt nhân đang hoạt động dưới công suất và nguồn khí đồng hành ( попутный нефтяной газ) dồi dào. Chiến lược được đề xuất là xây dựng các trung tâm dữ liệu gần các nguồn phát điện lớn, đặc biệt là các nhà máy điện hạt nhân. Điều này giúp giảm tổn thất truyền tải và sử dụng nguồn điện tương đối “sạch” cho các tác vụ tính toán.

Một nguồn dự trữ khác được nhìn thấy là việc xây dựng các nhà máy điện tuabin khí sử dụng khí đồng hành tại các khu vực xa xôi. Điều này biến nguồn tài nguyên trước đây bị đốt bỏ thành nguồn cung cấp năng lượng cho các cụm AI và cơ sở hạ tầng liên quan.

Song song với việc tìm kiếm “sức mạnh thô”, sự chú ý đang chuyển dịch sang việc nâng cao hiệu suất của chính cơ sở hạ tầng số. Chỉ số PUE đã trở thành thước đo then chốt cho các trung tâm dữ liệu, với những cơ sở tốt nhất trên thế giới đạt được mức khoảng 1,15 nhờ vào thiết kế chính xác, việc sử dụng các bản sao kỹ thuật số (digital twins), chế độ vận hành thích ứng và hệ thống làm mát hiện đại. Phương pháp làm mát bằng chất lỏng cho máy chủ và bộ xử lý đồ họa (GPU) đang được đưa vào thảo luận, và đã được triển khai ở Trung Quốc, dù tại Nga các giải pháp này vẫn còn lẻ tẻ.

Ở tầng phần mềm, các phương pháp “nén” mô hình AI và kích hoạt tham số một phần đang được phát triển. Chúng cho phép xử lý yêu cầu bằng cách chỉ sử dụng một phần của mô hình, giảm nhu cầu về GPU và tiết kiệm năng lượng mà không làm giảm chất lượng đối với hầu hết các kịch bản sử dụng. Đây là một bước tiến quan trọng để tối ưu hóa chi phí vận hành.

Một phần quan trọng khác trong các cuộc thảo luận là các cơ chế khuyến khích thị trường và quy định nhằm củng cố trật tự mới này. Các nhà phân tích cảnh báo rằng nếu Nga không thể hiện được hiệu suất năng lượng cao của các giải pháp AI và trung tâm dữ liệu, điều này có thể trở thành rào cản lớn khi tham gia thị trường quốc tế và thu hút vốn đầu tư. Các tổ chức tài chính phương Tây hiện đang ưu tiên các tiêu chí ESG (Môi trường, Xã hội và Quản trị) và sẵn sàng hạn chế hỗ trợ các dự án sử dụng công nghệ kém hiệu quả, “bẩn”.

Để đối phó, các chuyên gia đề xuất gắn các khoản trợ cấp và ưu đãi cho các nhà phát triển và vận hành trung tâm dữ liệu với hiệu suất đã được xác nhận, sử dụng các mô hình BIM (Building Information Modeling) và bản sao kỹ thuật số để đảm bảo các sáng kiến xanh không chỉ là hình thức. Điều này cho thấy sự cần thiết phải có cơ chế kiểm soát chặt chẽ hơn.

Cuối cùng, năng lượng mới xoay quanh AI không chỉ là vấn đề về kilowatt-giờ, mà còn là cơ hội để tái cấu trúc môi trường đô thị. Một ví dụ điển hình là ý tưởng tích hợp các trung tâm dữ liệu với các trang trại đô thị (city farms): nhiệt thải ra từ các GPU được sử dụng để sưởi ấm các nhà kính thẳng đứng, cung cấp sản phẩm tươi sống cho các siêu đô thị mà không cần chuỗi logistics dài. Việc hiện thực hóa các dự án này đòi hỏi các tiêu chuẩn mới, quy tắc quy hoạch đô thị và cơ chế hợp tác giữa các công ty CNTT, nông nghiệp và nhà phát triển bất động sản.

Những người ủng hộ phương pháp này tin rằng nó có thể đồng thời giảm lượng khí thải carbon, tạo việc làm và tăng cường khả năng chống chịu của các thành phố. Trong bối cảnh này, “hồi kết của kỷ nguyên silicon” được hiểu là sự chuyển đổi sang một kỷ nguyên mà tính toán, năng lượng và cơ sở hạ tầng đô thị phát triển như một hệ thống duy nhất, gắn kết chặt chẽ với nhau.