Trí tuệ nhân tạo (AI) đang phát triển với tốc độ vũ bão, hứa hẹn cách mạng hóa mọi lĩnh vực. Thế nhưng, đằng sau những tiềm năng to lớn ấy là một “cơn khát” năng lượng ngày càng gia tăng, đặt ra bài toán hóc búa cho an ninh năng lượng, mục tiêu khí hậu và sự phát triển bền vững của toàn cầu. Liệu chúng ta có đang đánh giá thấp thách thức này?
Key Takeaways
- Sự bùng nổ của AI kéo theo nhu cầu năng lượng khổng lồ cho các trung tâm dữ liệu, gây lo ngại về nguồn cung điện sạch và nước làm mát.
- Mức tiêu thụ năng lượng của các trung tâm dữ liệu đang tăng nhanh, hiện chiếm 4,4% tổng nhu cầu điện toàn cầu và có thể đạt 6-12% ở Hoa Kỳ vào năm 2028.
- Việc đáp ứng nhu cầu năng lượng cho AI có thể dẫn đến việc xây dựng thêm các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch, gây ảnh hưởng tiêu cực đến nỗ lực chống biến đổi khí hậu.
- Điện khí hóa giao thông và các tòa nhà cũng đóng góp lớn vào nhu cầu điện tăng thêm, nhưng việc giải quyết bài toán năng lượng cho AI là cấp bách nhất.
- Cần có một “Thỏa thuận Mới cho Lưới điện” để xây dựng lại hệ thống điện cho kỷ nguyên AI, đảm bảo nguồn cung năng lượng sạch và hiệu quả.
Cơn “khát” năng lượng ngày càng tăng của AI: Báo động đỏ?
Sự bùng nổ của các ứng dụng AI, từ chatbot thông minh đến các mô hình học sâu phức tạp, đang kéo theo nhu cầu năng lượng khổng lồ cho các trung tâm dữ liệu (data center). Giới chuyên gia trong lĩnh vực năng lượng, AI và khí hậu không khỏi lo ngại: Liệu sẽ có đủ điện sạch để cung cấp cho AI và đủ nước để làm mát các siêu máy tính vận hành công nghệ này? Đây không chỉ là câu hỏi về kỹ thuật, mà còn ẩn chứa những hệ lụy nghiêm trọng đối với cộng đồng, kinh tế và môi trường.
Thực tế, vấn đề năng lượng của AI chỉ là một phần nổi của tảng băng chìm, báo hiệu những thách thức lớn hơn trong nỗ lực điện khí hóa toàn diện nền kinh tế và đối phó với biến đổi khí hậu trong vài thập kỷ tới. Nếu chúng ta không thể tìm ra lời giải cho bài toán năng lượng của AI ngay từ bây giờ, khả năng giải quyết các vấn đề điện khí hóa rộng lớn hơn sẽ trở nên mong manh, và rủi ro khí hậu chúng ta phải đối mặt sẽ ngày càng gia tăng.
Từ đột phá hiệu suất đến “điểm gãy” năng lượng
Nhìn lại quá khứ, sự đổi mới trong công nghệ thông tin (IT) từng mang lại những tín hiệu lạc quan. Đơn vị xử lý đồ họa (GPU) – “trái tim” của các hệ thống AI – đã giảm chi phí tới 99% kể từ năm 2006. Đầu những năm 2010, cũng đã có những lo ngại tương tự về mức tiêu thụ năng lượng của các trung tâm dữ liệu, với các dự báo tăng trưởng nhu cầu điện ở mức “điên rồ”.
Tuy nhiên, những tiến bộ vượt bậc về sức mạnh tính toán và hiệu quả năng lượng không chỉ chứng minh các dự báo đó là sai lầm, mà còn cho phép tăng 550% khả năng tính toán toàn cầu từ năm 2010 đến 2018 chỉ với mức tăng năng lượng sử dụng tối thiểu. “Đây là minh chứng cho thấy sự đổi mới công nghệ có thể giải quyết các nút thắt tưởng chừng không thể,” một chuyên gia từ Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) từng nhận định.
Thế nhưng, vào cuối những năm 2010, xu hướng tích cực này bắt đầu đảo chiều. Khi độ chính xác của các mô hình AI được cải thiện một cách đáng kinh ngạc, lượng điện cần thiết cho các trung tâm dữ liệu cũng tăng vọt. Hiện tại, chúng chiếm khoảng 4,4% tổng nhu cầu điện toàn cầu, tăng mạnh từ mức 1,9% vào năm 2018. Tại sáu tiểu bang của Hoa Kỳ, các trung tâm dữ liệu tiêu thụ hơn 10% nguồn cung điện. Ở Virginia, nơi đã nổi lên như một trung tâm hoạt động của data center, con số này lên đến 25%.
Những dự báo đáng lo ngại và áp lực lên hạ tầng
Các dự báo về nhu cầu năng lượng trong tương lai để cung cấp cho AI rất không chắc chắn và có biên độ dao động lớn. Tuy nhiên, một nghiên cứu của Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley ước tính rằng các trung tâm dữ liệu có thể chiếm từ 6% đến 12% tổng lượng điện sử dụng của Hoa Kỳ vào năm 2028. “Đây là những con số biết nói, cho thấy tốc độ tăng trưởng phi mã,” đại diện phòng thí nghiệm nhấn mạnh.
Sự tăng trưởng nhanh chóng này chắc chắn sẽ được cộng đồng và các công ty cảm nhận rõ rệt. Nó sẽ gây áp lực lên giá năng lượng và các hệ sinh thái. Đáng lo ngại hơn, những dự báo này đã dẫn đến lời kêu gọi xây dựng hàng loạt nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch mới hoặc đưa các nhà máy cũ hoạt động trở lại. Ở nhiều vùng của Hoa Kỳ, nhu cầu này có khả năng dẫn đến sự gia tăng đột biến các nhà máy chạy bằng khí đốt tự nhiên – một bước lùi trong nỗ lực chống biến đổi khí hậu.
Dù vậy, khi nhìn bức tranh rộng hơn, lượng điện dự kiến sử dụng cho AI vẫn còn khá nhỏ. Hoa Kỳ đã tạo ra khoảng 4.300 tỷ kilowatt-giờ vào năm ngoái. Nhiều khả năng chúng ta sẽ cần thêm từ 1.000 tỷ đến 1.200 tỷ kWh hoặc hơn nữa trong thập kỷ tới – tăng từ 24% đến 29%. Điều này đặt ra yêu cầu cấp thiết về quy hoạch và đầu tư hạ tầng năng lượng.
AI trong bức tranh điện khí hóa toàn diện: Thách thức trước mắt
Trong tổng nhu cầu điện tăng thêm này, gần một nửa sẽ đến từ các phương tiện giao thông điện khí hóa. Khoảng 30% khác dự kiến đến từ các công nghệ điện khí hóa trong các tòa nhà và ngành công nghiệp. Sự đổi mới trong điện khí hóa phương tiện và tòa nhà cũng đã có những bước tiến lớn trong thập kỷ qua, và sự chuyển dịch này sẽ là tin tốt cho khí hậu, cộng đồng và chi phí năng lượng.
Phần còn lại, khoảng 22% nhu cầu điện mới, được ước tính đến từ AI và các trung tâm dữ liệu. Mặc dù chiếm một phần nhỏ hơn trong “chiếc bánh” tổng thể, nhưng đây lại là phần khẩn cấp nhất. Do tốc độ tăng trưởng nhanh chóng và sự tập trung về mặt địa lý, các trung tâm dữ liệu chính là thách thức điện khí hóa mà chúng ta phải đối mặt ngay bây giờ – “những việc nhỏ” cần phải giải quyết trước khi có thể thực hiện “những việc lớn” như điện khí hóa toàn diện phương tiện và tòa nhà.
Bài toán “được và mất” của năng lượng cho AI
Chúng ta cũng cần hiểu rõ việc tiêu thụ năng lượng và phát thải carbon liên quan đến AI đang “mua” cho chúng ta những gì. Mặc dù tác động từ việc sản xuất chất bán dẫn và cung cấp năng lượng cho các trung tâm dữ liệu AI là rất quan trọng, nhưng chúng có thể nhỏ so với những tác động tích cực hoặc tiêu cực mà AI có thể mang lại cho các ứng dụng như lưới điện, hệ thống giao thông, tòa nhà và nhà máy, hoặc hành vi của người tiêu dùng.
Các công ty có thể sử dụng AI để phát triển vật liệu mới hoặc pin tốt hơn nhằm tích hợp năng lượng tái tạo vào lưới điện một cách hiệu quả. Nhưng mặt khác, họ cũng có thể sử dụng AI để tìm kiếm thêm nhiên liệu hóa thạch dễ dàng hơn. Những tuyên bố về lợi ích tiềm năng cho khí hậu rất thú vị, nhưng chúng cần được liên tục xác minh và cần sự hỗ trợ để hiện thực hóa. Như một chuyên gia về đạo đức công nghệ từng phát biểu: “AI đạo đức phải là AI an toàn cho khí hậu.”
“Grid New Deal”: Giải pháp toàn diện cho kỷ nguyên AI và điện sạch
Đây không phải là lần đầu tiên chúng ta đối mặt với những thách thức trong việc đáp ứng tăng trưởng nhu cầu điện. Trong những năm 1960, nhu cầu điện của Hoa Kỳ tăng hơn 7% mỗi năm. Trong những năm 1970, con số này là gần 5%, và trong những năm 1980 và 1990 là hơn 2% mỗi năm. Sau đó, bắt đầu từ năm 2005, chúng ta đã có một thập kỷ rưỡi tăng trưởng điện gần như bằng không. Hầu hết các dự báo cho thập kỷ tới đều đặt mức tăng trưởng nhu cầu điện dự kiến của chúng ta vào khoảng 2% một lần nữa – nhưng lần này chúng ta sẽ phải làm mọi thứ khác đi.
Để quản lý nhu cầu năng lượng mới này, chúng ta cần một “Thỏa thuận Mới cho Lưới điện” (Grid New Deal) nhằm huy động vốn công và tư để xây dựng lại hệ thống điện cho kỷ nguyên AI, với đủ công suất và trí thông minh cho quá trình khử cacbon. Các nguồn cung năng lượng sạch mới, đầu tư vào truyền tải và phân phối, cùng các chiến lược quản lý nhu cầu ảo có thể cắt giảm khí thải, hạ giá thành và tăng cường khả năng phục hồi.
Những hành động cụ thể cần thiết
Theo các nhà phân tích tại Diễn đàn Kinh tế Thế giới, cần có những cơ chế khuyến khích cụ thể. Các trung tâm dữ liệu mang theo nguồn điện sạch và nâng cấp hệ thống phân phối có thể được ưu tiên kết nối lưới nhanh chóng. Các ngân hàng cơ sở hạ tầng có thể tài trợ cho các đường dây truyền tải mới hoặc chi trả để nâng cấp những đường dây hiện có. Đầu tư trực tiếp hoặc ưu đãi thuế có thể khuyến khích các tiêu chuẩn điện toán sạch, phát triển lực lượng lao động trong lĩnh vực năng lượng sạch, và yêu cầu các nhà khai thác trung tâm dữ liệu minh bạch hóa dữ liệu về việc sử dụng năng lượng của họ để cộng đồng có thể hiểu và đo lường tác động.
Năm 2022, Nhà Trắng đã công bố một Bản kế hoạch chi tiết cho Tuyên ngôn Quyền AI (Blueprint for an AI Bill of Rights), đưa ra các nguyên tắc để bảo vệ quyền, cơ hội và khả năng tiếp cận các nguồn lực quan trọng của công chúng khỏi bị hạn chế bởi các hệ thống AI. Giờ đây, chúng ta cần khiêm tốn đề xuất một “bản sửa đổi khí hậu” cho Tuyên ngôn Quyền AI đó. Đây là điểm khởi đầu để đảm bảo rằng sự tăng trưởng của AI phục vụ tất cả mọi người – rằng nó không làm tăng hóa đơn tiền điện của người dân, bổ sung nhiều năng lượng sạch vào lưới điện hơn lượng nó sử dụng, tăng cường đầu tư vào cơ sở hạ tầng của hệ thống điện, và mang lại lợi ích cho cộng đồng trong khi thúc đẩy đổi mới.
Kết luận
Cuộc đua phát triển AI đang đặt ra một phép thử quan trọng về cách xã hội ứng phó với nhu cầu và thách thức của quá trình điện khí hóa rộng lớn hơn. Việc giải quyết “cơn khát” năng lượng của các trung tâm dữ liệu không chỉ là vấn đề kỹ thuật, mà còn là một bài toán chiến lược mang tính quyết định cho tương lai năng lượng và khí hậu của chúng ta.
Nếu chúng ta thất bại trong việc quản lý hiệu quả nhu cầu năng lượng của AI, khả năng đạt được các mục tiêu khí hậu sẽ cực kỳ thấp. Tác động năng lượng và khí hậu từ các trung tâm dữ liệu có thể nhỏ bé khi so sánh với tổng thể, nhưng chúng cũng vô cùng lớn lao bởi tính cấp bách và những hệ lụy sâu rộng nếu không được giải quyết thấu đáo. Đây là lúc cần những quyết sách táo bạo và hành động phối hợp để đảm bảo AI phát triển theo hướng bền vững, phục vụ lợi ích chung của nhân loại.
