Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo đang đẩy nhu cầu nước tại các trung tâm dữ liệu tăng nhanh, khiến bài toán làm mát trở thành một trong những vấn đề cấp bách nhất của ngành. Theo ước tính của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), lượng nước tiêu thụ hằng năm của lĩnh vực này hiện vào khoảng 560 tỷ lít và có thể tăng lên tới 1.200 tỷ lít vào năm 2030.

TechRadar dẫn số liệu của IEA công bố ngày 7/7 (theo giờ địa phương) cho biết áp lực gia tăng chủ yếu đến từ hệ thống làm mát. Trung tâm dữ liệu cần một lượng nước rất lớn để hạ nhiệt cho máy chủ và các bộ xử lý, trong khi nhiều cơ sở vẫn vận hành bằng hệ thống làm mát bay hơi kiểu mở.

Với mô hình này, nước sau khi hấp thụ nhiệt sẽ được phun qua các tấm làm mát và hạ nhiệt nhờ quá trình bay hơi. Do nước liên tục thất thoát trong quá trình vận hành, hệ thống phải thường xuyên bổ sung nước mới, làm mức tiêu thụ tăng cao.

Một lựa chọn thay thế là công nghệ làm mát chất lỏng vòng kín. Khác với mô hình bay hơi kiểu mở, hệ thống này tuần hoàn cùng một lượng nước qua bộ trao đổi nhiệt mà không làm nước bốc hơi. Nhờ đó, lượng nước tiêu thụ có thể giảm đáng kể trong điều kiện vận hành thông thường.

Hiệu quả làm mát cũng gắn trực tiếp với bài toán tiết kiệm điện và nước. Hiện nay, một số trung tâm dữ liệu có thể phải dành tới 1/3 tổng điện năng chỉ cho hoạt động quản lý nhiệt. Khi hiệu suất làm mát thấp, hệ thống không chỉ phải làm mát toàn bộ không khí trong phòng máy mà còn tiếp tục làm mát riêng từng thiết bị, khiến áp lực lên điện năng và nguồn nước cùng gia tăng.

Trong bối cảnh đó, các công nghệ làm mát trực tiếp ở cấp máy chủ và làm mát trực tiếp trên chip đang được xem là phương án thay thế đáng chú ý. Với làm mát trực tiếp trên chip, tấm làm mát được gắn vào các linh kiện tỏa nhiệt lớn như GPU, sau đó chất lỏng làm mát sẽ lưu thông qua bề mặt tiếp xúc để hấp thụ nhiệt ngay tại nguồn phát sinh.

Theo bài viết, các công nghệ làm mát bằng chất lỏng có thể loại bỏ tới 98% lượng nhiệt phát sinh từ máy chủ. Cách tiếp cận này cho phép nhà vận hành xử lý nhiệt ngay ở cấp bộ xử lý, thay vì phải làm mát toàn bộ luồng khí nóng trong phòng máy, qua đó giảm nhu cầu năng lượng và hạ áp lực lên nguồn nước tại địa phương.

Quá trình mở rộng hạ tầng AI đang khiến nhu cầu chuyển đổi diễn ra nhanh hơn. GPU phục vụ AI tạo sinh có thể tiêu thụ điện cao gấp 5-10 lần CPU. Trong khi đó, xu hướng thiết kế mật độ cao như xếp chồng silicon 3D cũng làm số lượng linh kiện tập trung trong không gian hẹp tăng mạnh, kéo theo gánh nặng làm mát lớn hơn.

Trong bối cảnh này, giải pháp làm mát vòng kín sử dụng nước ở nhiệt độ cao được đánh giá là phương án tiết kiệm nước, có thể thay thế hệ thống làm mát bay hơi, đồng thời vẫn đảm bảo hiệu năng trong môi trường rack mật độ cao. DreamWorks Animation cho biết sau khi áp dụng công nghệ này cho hạ tầng tính toán hiệu năng cao, hiệu suất tăng 20% và nhu cầu làm mát giảm xuống.

Ngoài làm mát, tái sử dụng nhiệt thải cũng là một hướng đi được chú ý. Phần lớn điện năng mà trung tâm dữ liệu tiêu thụ cuối cùng sẽ chuyển thành nhiệt, nhưng lâu nay nguồn nhiệt này chủ yếu bị xem là phần dư thừa cần loại bỏ.

Trên thực tế, nhiệt thải từ trung tâm dữ liệu có thể được tận dụng để cấp nhiệt cho khu dân cư, tòa nhà thương mại và các hệ thống sưởi khu vực. Một số dự án tại Ireland và khu vực Scandinavia đã sử dụng lại nguồn nhiệt này để sưởi ấm nhà ở và cơ sở kinh doanh, qua đó góp phần giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và hạ chi phí năng lượng.

Bên cạnh đó, vị trí đặt trung tâm dữ liệu cũng ngày càng được xem là yếu tố quan trọng, nhất là tại những khu vực đang chịu áp lực lớn về nguồn nước ngọt. Theo TechRadar, có 45% chuyên gia IT cho rằng thiết kế trung tâm dữ liệu hiện nay chưa đáp ứng tốt các mục tiêu phát triển bền vững.

TechRadar nhận định tiết kiệm nước trong trung tâm dữ liệu không còn là câu chuyện của riêng một công nghệ, mà đòi hỏi thay đổi trên toàn bộ cấu trúc vận hành. Hướng đi được nhắc tới gồm giảm phụ thuộc vào làm mát bay hơi kiểu mở, mở rộng các hệ thống tuần hoàn vòng kín và làm mát trên chip, tận dụng nhiệt thải như một nguồn năng lượng có thể khai thác, đồng thời thiết kế lại chiến lược lựa chọn địa điểm. Khi hạ tầng AI tiếp tục mở rộng, công nghệ làm mát và cách sử dụng nước sẽ trở thành thước đo quan trọng đối với tính bền vững của ngành trung tâm dữ liệu.