Khi nhu cầu về kỹ thuật số tăng vọt, thì lượng điện cần thiết để duy trì hoạt động hiệu quả của các trung tâm dữ liệu này cũng tăng theo, gây ra lo ngại về tác động môi trường tiềm ẩn của chúng do sử dụng điện nhiều hơn và làm tăng phát thải carbon.

Hiện trạng tiêu thụ năng lượng của trung tâm dữ liệu

Theo một nghiên cứu gần đây của Viện Nghiên cứu Điện năng - EPRI, các trung tâm dữ liệu có thể tiêu thụ tới 9% sản lượng điện của Hoa Kỳ vào năm 2030, gấp đôi mức sử dụng hiện tại, và dự kiến con số này ​​sẽ còn tăng cao nữa. 

Trong thập kỷ qua, các trung tâm dữ liệu đã đạt được những bước tiến đáng kể trong việc cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng thông qua các thiết kế tiên tiến, phương pháp quản lý tốt hơn và các công nghệ làm mát hiệu quả hơn.

Vai trò của năng lượng xanh trong trung tâm dữ liệu

Năng lượng xanh là chìa khóa để các trung tâm dữ liệu phát triển một cách bền vững. Thay vì phụ thuộc vào các nguồn năng lượng hóa thạch gây ô nhiễm, các trung tâm dữ liệu đang chuyển đổi sang sử dụng năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, gió, địa nhiệt và thủy điện... đã giúp không chỉ giảm thiểu được lượng khí thải carbon mà còn góp phần bảo vệ tài nguyên thiên nhiên.

Theo những số liệu gần đây, các trung tâm dữ liệu lớn đang đặt ra mục tiêu tham vọng về việc áp dụng năng lượng tái tạo, với một số trung tâm đặt mục tiêu sử dụng 100% năng lượng tái tạo vào năm 2030. Sử dụng năng lượng xanh không chỉ tốt cho môi trường mà còn là một quyết định kinh doanh thông minh. Năng lượng tái tạo giúp giảm thiểu chi phí hoạt động lâu dài cho các trung tâm dữ liệu, nhờ vào giá điện ổn định và không bị ảnh hưởng bởi biến động của thị trường nhiên liệu. Hơn nữa, việc sử dụng năng lượng xanh còn giúp các trung tâm dữ liệu thu hút được nhiều khách hàng hơn, đặc biệt là những doanh nghiệp quan tâm đến vấn đề bảo vệ môi trường.

Những đổi mới công nghệ thúc đẩy hiệu quả năng lượng trong các trung tâm dữ liệu

Làm mát là một trong những nhu cầu tiêu tốn năng lượng nhất trong các trung tâm dữ liệu, thường chiếm một phần đáng kể trong tổng sản lượng tiêu thụ điện. Các phương pháp làm mát tiên tiến, chẳng hạn như làm mát bằng chất lỏng và hệ thống làm mát kiểu bay hơi, đang chứng tỏ là những thay đổi lớn, giúp làm mát trực tiếp và hiệu quả hơn cho các máy chủ, giảm đáng kể lượng điện tiêu thụ để duy trì nhiệt độ hoạt động tối ưu.

Việc thay thế ổ cứng truyền thống (HDD) bằng ổ cứng thể rắn (SSD) đã mang lại nhiều lợi ích đáng kể cho các trung tâm dữ liệu. SSD không chỉ giúp tăng tốc độ xử lý dữ liệu mà còn tiết kiệm năng lượng, giảm nhiệt lượng tỏa ra và chiếm ít không gian hơn. Nhờ đó, các trung tâm dữ liệu có thể hoạt động hiệu quả hơn và giảm thiểu tiêu thụ năng lượng và cả chi phí vận hành.

AI vừa là tác nhân tiêu thụ năng lượng vừa là công cụ giúp chúng ta quản lý hiệu quả nguồn năng lượng. Việc tích hợp AI và học máy (ML) vào quản lý trung tâm dữ liệu, đang giúp nâng cao hiệu quả năng lượng, cho phép bảo trì dự đoán và quản lý năng lượng động, tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng cho toàn bộ trung tâm dữ liệu. Các thuật toán AI phân tích dữ liệu từ nhiều cảm biến trong cơ sở để dự đoán các sự cố thiết bị trước khi chúng xảy ra và điều chỉnh hệ thống làm mát và nguồn điện theo thời gian thực để phù hợp với nhu cầu thực tế.

Các chiến lược để tối đa hóa hiệu quả năng lượng của trung tâm dữ liệu

Hai trong số các chiến lược hiệu quả nhất để giảm tiêu thụ năng lượng trong các trung tâm dữ liệu là ảo hóa và hợp nhất máy chủ. 

Ảo hóa cho phép nhiều môi trường máy chủ hoạt động trên một máy chủ vật lý duy nhất, giảm đáng kể số lượng máy chủ vật lý và do đó giảm yêu cầu tổng thể về năng lượng và làm mát của trung tâm dữ liệu. Tương tự như vậy, hợp nhất máy chủ liên quan đến việc tập trung nhiều công việc vào một số ít máy chủ mạnh mẽ, thay vì phân tán nguồn lực vào nhiều máy chủ nhỏ lẻ, sẽ giúp tối đa hóa việc sử dụng tài nguyên, từ đó giảm thiểu đáng kể lãng phí năng lượng và chi phí vận hành.

Các chiến lược này không chỉ giúp giảm tiêu thụ năng lượng, nhu cầu làm mát mà còn giảm nhu cầu về không gian vật lý, giúp cải thiện đáng kể hiệu quả năng lượng tổng thể của các trung tâm dữ liệu.

Các công cụ quản lý năng lượng tiên tiến và hệ thống quản lý cơ sở hạ tầng trung tâm dữ liệu (DCIM) kết hợp với sức mạnh của AI, cho phép giám sát và quản lý việc tiêu thụ năng lượng theo thời gian thực được tối ưu nhất, giúp xác định các điểm không hiệu quả và các khu vực cần cải thiện. 

Ví dụ chúng có thể giúp điều chỉnh chính xác các hệ thống làm mát của máy chủ dựa trên nhu cầu hiện tại thay vì luôn chạy với công suất tối đa, hoặc tắt các máy chủ không hoạt động trong thời gian nhu cầu thấp. Việc này không chỉ giúp giảm chi phí năng lượng mà còn kéo dài tuổi thọ của phần cứng do giảm rủi ro quá nhiệt, đảm bảo nguồn điện không bị gián đoạn và giảm căng thẳng hoạt động.

Một ví dụ nổi bật về tiết kiệm năng lượng có thể thấy ở các công ty công nghệ lớn như Amazon, thông qua cơ sở hạ tầng đám mây AWS (Amazon Web Services), đã giúp tăng hiệu quả năng lượng hơn so với các trung tâm dữ liệu doanh nghiệp trung bình tới 3,6 lần. 

Những thách thức và giải pháp trong việc áp dụng các công nghệ trung tâm dữ liệu xanh

Việc thay đổi các trung tâm dữ liệu để sử dụng năng lượng xanh không hề dễ dàng. Tuy nhiên, với một kế hoạch chi tiết và các giải pháp phù hợp, chúng ta hoàn toàn có thể khắc phục các khó khăn và tận hưởng những lợi ích mà năng lượng sạch mang lại.

Thách thức lớn nhất trong việc áp dụng công nghệ xanh trong các trung tâm dữ liệu là chi phí ban đầu cao và khả năng tương thích với cơ sở hạ tầng, đặc biệt là với các cơ sở cũ. Các trung tâm dữ liệu cũ thường cần phải nâng cấp đáng kể để phù hợp với các hệ thống mới, có thể gây tốn kém và gián đoạn hoạt động.

Mặc dù phải bỏ ra một số tiền lớn ban đầu để đầu tư vào năng lượng xanh, nhưng khoản đầu tư này sẽ mang lại lợi nhuận lâu dài. Việc tiết kiệm được chi phí năng lượng và giảm chi phí bảo trì sẽ giúp bạn thu hồi vốn nhanh chóng và thậm chí còn có thể sinh lời. Để khuyến khích các trung tâm dữ liệu chuyển đổi sang sử dụng năng lượng xanh, nhiều nơi đang có những chính sách hỗ trợ rất hấp dẫn. Ví dụ như giảm thuế hoặc hỗ trợ tài chính để giúp các trung tâm dữ liệu trang bị các thiết bị và công nghệ mới, nhờ đó các doanh nghiệp sẽ tiết kiệm được một khoản chi phí lớn ban đầu.

Các trung tâm dữ liệu cũ có thể nâng cấp theo từng giai đoạn và triển khai công nghệ môđun. Thay vì thay đổi toàn bộ hệ thống cùng một lúc, các trung tâm này có thể lắp đặt các thiết bị mới theo từng môđun, giống như lắp ghép các khối Lego. Cách làm này giúp giảm chi phí và giảm thiểu ảnh hưởng đến hoạt động của trung tâm dữ liệu.

Tương lai của các trung tâm dữ liệu nằm ở sự đổi mới liên tục và cam kết kiên định với tính bền vững, đặc biệt là trong việc tối ưu hóa nguồn cung cấp điện cho trung tâm dữ liệu để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng một cách có trách nhiệm.

Gia Hiếu (Theo bloomenergy.com)