Người xây dựng trung tâm dữ liệu đối mặt với thế tiến thoái lưỡng nan: Nhu cầu năng lượng tăng cao, lưới điện quá tải

Các nhà điều hành lưới điện và các nhà phát triển trung tâm dữ liệu tại Hoa Kỳ đang rơi vào tình thế tiến thoái lưỡng nan, và các chuyên gia phân tích năng lượng không nhìn thấy một lối thoát dễ dàng nào.

Lưới điện của Mỹ đã cũ kỹ, lạc hậu và đang khẩn cấp cần được nâng cấp. Thêm vào đó là số lượng ngày càng tăng các trung tâm dữ liệu AI quy mô gigawatt đòi hỏi nguồn điện ổn định để không làm gián đoạn các thỏa thuận thời gian hoạt động (uptime), khiến tình hình trở nên tồi tệ hơn. Chi phí năng lượng tại thị trường năng lượng lớn nhất quốc gia này đã tăng vọt chủ yếu nhờ vào sự bùng nổ của các "nhà kho bit" (trung tâm dữ liệu), dẫn đến làn sóng kêu gọi mới đòi hỏi các trung tâm dữ liệu phải tự mang theo nguồn phát điện nếu muốn có nguồn cung ổn định không bị ràng buộc bởi các hạn chế của lưới điện.

Theo các nhà phân tích năng lượng tại Wood Mackenzie, các nhà điều hành trung tâm dữ liệu phải đưa ra một lựa chọn, và không một lựa chọn nào là tốt đẹp.

Họ có thể chờ đợi từ 5 đến 10 năm để các nhà điều hành lưới điện nâng cấp khả năng truyền tải và phát điện nhằm đáp ứng nhu cầu của họ. Hoặc họ có thể chấp nhận các thỏa thuận với các công ty điện lực cung cấp điện nhưng yêu cầu giảm tải (curtailment) trong giờ cao điểm, sau đó lắp đặt các thiết bị phát điện tại chỗ để bù đắp phần chênh lệch. Đây là lựa chọn rủi ro hơn nhiều, nhưng là lựa chọn mà nhiều nhà điều hành đang hướng tới.

“Với hơn 90 GW công suất phát điện đồng vị trí trong các đường ống kết nối liên lưới của Mỹ, rõ ràng nhu cầu mở rộng quy mô nhanh chóng đã đẩy nhiều nhà phát triển trung tâm dữ liệu đi theo con đường rủi ro hơn,” WoodMac giải thích trong báo cáo. “Tuy nhiên, việc đặt các khối lượng công việc AI biến động cùng với nguồn phát điện là tiền lệ hiếm hoi, và khó khăn hơn nhiều so với những gì hầu hết các ngành nghề hiểu.”

Lưới điện muốn gì, lưới điện được đó

Nhiều nhà điều hành trung tâm dữ liệu chỉ đang nghĩ về megawatt của máy phát, khiến các kỹ sư thất vọng khi phải giải thích sự phức tạp về kỹ thuật của việc xây dựng máy phát điện đồng vị trí. Nhiều nhà điều hành lưới điện đã thông qua các quy định mà, theo hiểu biết của các bên liên quan chính, có thể trao quyền ưu tiên cho các tiện ích công cộng trên máy phát điện đồng vị trí trong thời kỳ thiếu hụt, có thể buộc các trung tâm dữ liệu phải giảm nhu cầu trong khi cung cấp điện trở lại lưới điện, WoodMac cho biết.

“Về mặt hiệu quả, điều này làm cho mô hình trở nên không khả thi,” các nhà phân tích nói. “Ít nhà phát triển trung tâm dữ liệu sẽ đầu tư vào nguồn phát điện cơ bản (baseload) nếu nó không thể được sử dụng khi cần thiết nhất.”

Những biến động gần như tức thì trong nhu cầu điện của AI có thể làm hỏng các động cơ đốt trong và tuabin khí, trong khi pin có thể không phản ứng đủ nhanh đối với mọi đỉnh nhọn và có thể bị xuống cấp theo thời gian. Nhu cầu điện biến động nhanh chóng từ các trung tâm dữ liệu AI siêu lớn (hyperscale) thậm chí có thể làm hỏng chính lưới điện.

“Các tải này cũng có thể gây ra dao động dưới đồng bộ, gây ra rủi ro ổn định cơ bản không chỉ đối với các máy phát điện cục bộ mà còn cả những máy phát điện ở xa trên hệ thống truyền tải,” các nhà phân tích lưu ý. “Các nhà cung cấp công nghệ chỉ mới bắt đầu đối mặt với thách thức này, việc giảm thiểu rủi ro phụ thuộc vào từng địa điểm cụ thể, khiến các giải pháp khó mở rộng quy mô.”

Nói cách khác, việc phát điện tại chỗ có thể giải quyết một vấn đề nhưng lại mang đến một loạt vấn đề mới.

Chi phí và tương lai

“Trong khi các nhà cung cấp dịch vụ siêu lớn có thể vận hành thành công một số dự án với tài nguyên đồng vị trí, điều đó sẽ đi kèm với chi phí đáng kể,” báo cáo kết luận. “Chi phí này, cùng với rủi ro kỹ thuật và các biện pháp giảm thiểu cụ thể theo dự án, sẽ ngăn chặn việc đồng vị trí trở thành một mô hình có thể mở rộng quy mô.”

Vậy, giải pháp thay thế là gì? Chà, rõ ràng là mở rộng lưới điện. WoodMac cho biết các nhà điều hành lưới điện phần lớn không coi kết nối có điều kiện với các yêu cầu giảm tải là giải pháp dài hạn, và tất cả đều đang đầu tư hàng tỷ USD vào việc hiện đại hóa. Nhưng những sáng kiến hiện đại hóa này sẽ ảnh hưởng đến túi tiền của tất cả mọi người.

Việc cải thiện lưới điện để phục vụ các trung tâm dữ liệu AI “có những tác động sâu sắc đến khả năng chi trả… các nâng cấp mạng lưới khu vực cần thiết để hỗ trợ kết nối tải lớn cục bộ sẽ được phân chia cho tất cả những người trả tiền sử dụng điện,” WoodMac nói. “Điều này có thể kích hoạt sự phản đối chính trị.”

Ben Hertz-Shargel, người đứng đầu toàn cầu về chuyển đổi lưới điện và tải lớn của WoodMac, cho biết tỷ giá đã tăng trên khắp nước Mỹ và không có sắc lệnh tổng thống nào có thể làm chậm điều đó lại.

“Khi việc xây dựng trung tâm dữ liệu vượt quá công suất tiện ích hiện có và nhiều cơ sở hạ tầng hơn phải được xây dựng, chúng ta sẽ thấy điều đó ngày càng trở thành yếu tố thúc đẩy tỷ lệ của khách hàng,” Hertz-Shargel cho biết trong một email.

Báo cáo không đưa ra giải pháp cho tình hình hiện tại, dự báo sự không chắc chắn khi các nhà điều hành lưới điện vội vã đưa ra một số giải pháp, trong khi kế hoạch của các nhà điều hành trung tâm dữ liệu vượt quá khả năng đáp ứng nhu cầu của họ.

“Với các tiện ích và nhà điều hành lưới điện đang cải tiến quy trình kết nối tải của họ, chúng ta có khả năng sẽ thấy nhiều công suất hơn được cung cấp thông qua các tiện ích,” Hertz-Shargel nói. Tuy nhiên, không phải mọi tổ chức đều có thể đảm bảo công suất tiện ích đó, và những tổ chức bị bỏ lại phía sau sẽ mắc kẹt với cùng một lựa chọn: Chờ lưới điện bắt kịp, hoặc dựa vào nguồn phát điện đồng vị trí và các thỏa thuận kết nối lưới điện có điều kiện.

“Khi làn sóng công suất truyền tải hiện tại hoàn thành, ngành công nghiệp sẽ ở vị trí để tăng tốc nhanh chóng,” Hertz-Shargel thêm vào — miễn là các con số vẫn hoạt động tốt. “Điều đó giả định rằng các nhà đầu tư thích những gì họ thấy về lợi nhuận đầu tư của AI vào thời điểm đó, và vẫn cảm thấy thoải mái khi triển khai vốn khổng lồ vào cơ sở hạ tầng kỹ thuật số.”

Điều đó còn xa mới là điều chắc chắn tại thời điểm này. Điều duy nhất mà báo cáo nhìn thấy chắc chắn trong tình hình hiện tại là sự phân chia nhanh chóng giữa người thắng và người thua trong cuộc đua AI. Những người chơi lớn có khả năng hấp thụ chi phí sẽ xuất hiện như những người chiến thắng.

“Các thách thức đối với việc đồng vị trí [năng lượng] có thể vượt qua được đối với các nhà phát triển giàu kinh nghiệm và có túi tiền sâu nhất,” Wood Mackenzie nói. “Các công ty có khả năng vận hành đáng tin cậy mà không cần dịch vụ lưới điện chắc chắn sẽ có thể mở rộng quy mô kinh doanh AI của họ nhanh hơn những người khác, định vị họ để vượt lên trên đối thủ.”

Nói cách khác, hãy mong đợi những “ông lớn” càng củng cố sự thống trị của họ trong khi những “kẻ nhỏ” bị chết đói hoặc bị đối thủ nuốt chửng. Thật là một giấc mơ Mỹ, phải không? ®