Theo Giám đốc Công nghệ (CTO) của Hitachi Energy, việc phát triển các trung tâm dữ liệu AI trong tương lai không chỉ đòi hỏi hạ tầng điện công suất lớn mà còn cần các kiến trúc phần cứng mới và sự phối hợp chặt chẽ với ngành điện để tránh gây mất ổn định cho lưới điện.

Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo (AI) đang kéo theo nhu cầu xây dựng các trung tâm dữ liệu (AI Data Center) với quy mô chưa từng có, đồng thời đặt ra những thách thức lớn đối với hệ thống điện. Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), trong khi một trung tâm dữ liệu truyền thống tiêu thụ lượng điện tương đương khoảng 100.000 hộ gia đình, nhiều khu trung tâm dữ liệu AI đang được xây dựng có thể cần công suất lớn gấp tới 20 lần con số này.

Không chỉ tiêu thụ nhiều điện hơn, các trung tâm dữ liệu AI còn có đặc điểm vận hành rất khác so với trung tâm dữ liệu truyền thống. Nếu các trung tâm dữ liệu thông thường duy trì mức tải điện tương đối ổn định thì các hệ thống AI lại liên tục thay đổi mức tiêu thụ điện giữa giai đoạn huấn luyện mô hình (training) và giai đoạn khai thác, suy luận (inference). Điều này khiến nhu cầu điện biến động mạnh, gây áp lực đáng kể lên hệ thống truyền tải. Theo ông Gerhard Salge, Giám đốc Công nghệ của Hitachi Energy, bài toán hiện nay không chỉ là cung cấp đủ điện mà còn phải bảo đảm các trung tâm dữ liệu vận hành hài hòa với lưới điện quốc gia.

Trung tâm dữ liệu AI cần trở thành “công dân tốt” của lưới điện

Ông Gerhard Salge cho rằng, các doanh nghiệp công nghệ cần thay đổi cách tiếp cận trong quá trình phát triển trung tâm dữ liệu AI. Thay vì chỉ quan tâm đến khả năng cung cấp điện, các nhà đầu tư cần phối hợp với các công ty điện lực ngay từ giai đoạn thiết kế để xây dựng các mô hình tiêu thụ điện phù hợp. Theo ông, khi một hộ gia đình kết nối với lưới điện, tác động đến hệ thống gần như không đáng kể. Tuy nhiên, một trung tâm dữ liệu AI có thể tiêu thụ lượng điện khổng lồ và tạo ra các đợt tăng hoặc giảm công suất đột ngột, gây ảnh hưởng đến sự ổn định của toàn bộ lưới điện. Vì vậy, việc trao đổi với các đơn vị cung cấp điện ngay từ đầu sẽ giúp xác định phương án kết nối, khả năng lưu trữ năng lượng và cơ chế điều tiết phụ tải phù hợp, hạn chế nguy cơ gây quá tải hoặc mất ổn định hệ thống. Ông nhấn mạnh rằng các nhà cung cấp công nghệ như Hitachi Energy có thể đóng vai trò cầu nối giữa đơn vị phát triển trung tâm dữ liệu, nhà vận hành và doanh nghiệp điện lực nhằm xây dựng các trung tâm dữ liệu thông minh hơn, thân thiện hơn với hạ tầng điện.

Cân bằng giữa phát triển AI và an ninh năng lượng

Theo Hitachi Energy, sự phát triển của AI đang tạo sức ép lên "tam giác năng lượng" - khái niệm đề cập đến ba mục tiêu cần được cân bằng gồm phát triển bền vững, chi phí hợp lý và bảo đảm an ninh cung cấp điện.

Các trung tâm dữ liệu AI với nhu cầu điện ngày càng lớn đang tạo áp lực trực tiếp lên khả năng cung ứng của hệ thống điện. Để bảo đảm vận hành an toàn, các công ty điện lực phải áp dụng những quy định kỹ thuật nghiêm ngặt (Grid Code), quy định rõ giới hạn công suất mà từng cơ sở được phép sử dụng cũng như cách thức kết nối với lưới điện. Theo ông Salge, nếu muốn AI tiếp tục phát triển với quy mô lớn, các doanh nghiệp công nghệ cần phối hợp chặt chẽ với ngành điện để vừa đáp ứng nhu cầu tính toán, vừa không làm ảnh hưởng đến độ ổn định của hệ thống điện quốc gia.

Hitachi Energy và NVIDIA phát triển kiến trúc nguồn điện 800 V cho trung tâm dữ liệu AI

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của các bộ xử lý AI thế hệ mới, Hitachi Energy đang hợp tác với NVIDIA nhằm phát triển kiến trúc cấp nguồn 800 volt dành cho các trung tâm dữ liệu trong tương lai.

Theo Hitachi Energy, các thiết bị hiện nay như máy biến áp, bộ chuyển đổi điện (converter) và hệ thống lưu điện liên tục (UPS) đã có thể hỗ trợ kiến trúc 800 V. Tuy nhiên, khi triển khai ở quy mô rất lớn với mật độ máy chủ cao như các trung tâm dữ liệu AI hiện đại, những giải pháp hiện có không còn đáp ứng đầy đủ yêu cầu về không gian và hiệu suất. Thách thức lớn nhất là làm sao thu nhỏ kích thước các thiết bị chuyển đổi điện mà vẫn bảo đảm khả năng cung cấp công suất lớn và độ tin cậy cao.

Nghiên cứu máy biến áp thể rắn để tăng mật độ công suất

Một trong những hướng nghiên cứu mà Hitachi Energy và NVIDIA đang theo đuổi là phát triển máy biến áp thể rắn (Solid-State Transformer - SST). Khác với máy biến áp truyền thống, SST sử dụng các linh kiện bán dẫn công suất kết hợp với điện tử công suất hiện đại để chuyển đổi và điều khiển dòng điện linh hoạt hơn. Công nghệ này được kỳ vọng sẽ giúp giảm đáng kể kích thước thiết bị, tăng mật độ công suất và cải thiện hiệu suất sử dụng năng lượng trong các trung tâm dữ liệu AI.

Theo ông Gerhard Salge, việc nghiên cứu các kiến trúc phần cứng mới như SST sẽ là chìa khóa để xây dựng thế hệ trung tâm dữ liệu AI có quy mô lớn hơn nhưng vẫn tối ưu về không gian, hiệu quả năng lượng và khả năng vận hành ổn định.

Hướng tới hạ tầng AI bền vững

Sự phát triển nhanh chóng của AI đang đặt ra yêu cầu phải thiết kế lại hạ tầng năng lượng cho các trung tâm dữ liệu. Theo Hitachi Energy, giải pháp không chỉ nằm ở việc tăng công suất cung cấp điện mà còn ở việc xây dựng các hệ thống điện thông minh, có khả năng điều tiết phụ tải, tối ưu hiệu suất và phối hợp chặt chẽ với lưới điện. Trong bối cảnh nhu cầu tính toán AI tiếp tục tăng mạnh, sự hợp tác giữa các doanh nghiệp công nghệ, nhà sản xuất thiết bị và ngành điện sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc bảo đảm các trung tâm dữ liệu AI vừa đáp ứng yêu cầu vận hành, vừa duy trì sự ổn định và an toàn của hệ thống điện.

N.M.P (NASTIS), technologymagazine.com