Trung tâm dữ liệu Mỹ đã tăng gấp ba lượng nước tiêu thụ trong 10 năm, và làn sóng AI có thể còn khiến tình hình nghiêm trọng hơn

Một báo cáo mới từ Congressional Research Service (CRS) – cơ quan nghiên cứu phục vụ Quốc hội Mỹ – cho biết các trung tâm dữ liệu tại Mỹ đã sử dụng khoảng 17 tỷ gallon nước trong năm 2023, cao gấp ba lần so với năm 2014. Đây là chỉ dấu đáng chú ý về “dấu chân nước”, tức tổng lượng nước cần để vận hành một ngành hoặc cơ sở hạ tầng. Điều đáng nói là mốc 2023 mới chỉ là giai đoạn đầu của cơn sốt AI hiện đại, trước khi làn sóng đầu tư hạ tầng phục vụ trí tuệ nhân tạo tăng tốc trên diện rộng.

Theo báo cáo, kể từ khi OpenAI ra mắt ChatGPT vào cuối năm 2022, nhu cầu dành cho AI tạo sinh – công nghệ có thể tạo ra văn bản, hình ảnh hoặc mã nguồn mới – đã bùng nổ. Đi cùng đó là sự phát triển của LLM, viết tắt của large language models, tức các mô hình ngôn ngữ lớn được huấn luyện trên khối dữ liệu khổng lồ để hiểu và tạo ngôn ngữ tự nhiên. Để vận hành các hệ thống này, doanh nghiệp cần xây thêm nhiều datacenter và lắp đặt phần cứng AI chuyên dụng, vốn tiêu thụ điện năng cao hơn đáng kể so với hạ tầng máy chủ truyền thống.

Các cụm máy chủ AI hiện đại thường sử dụng bộ tăng tốc như GPU hoặc chip chuyên biệt, tạo ra mật độ nhiệt lớn trong không gian nhỏ. Điều này khiến nhu cầu “điều tiết nhiệt” tăng mạnh. Trong thực tế, càng tiêu thụ nhiều điện thì hệ thống càng tỏa nhiều nhiệt, và càng cần nhiều giải pháp làm mát để duy trì độ ổn định. Vì vậy, dù số liệu của CRS dừng ở năm 2023, nhiều khả năng lượng nước mà ngành datacenter Mỹ sử dụng hiện nay đã còn cao hơn.

CRS nhấn mạnh rằng lượng nước dùng trực tiếp tại cơ sở – ví dụ nước phục vụ làm mát thiết bị ngay trong datacenter – chỉ chiếm tỷ lệ tương đối nhỏ trong tổng lượng nước tiêu thụ của Mỹ, khoảng 2%. Tuy nhiên, nếu tính cả nước dùng gián tiếp để sản xuất điện ngoài nhà máy, bức tranh sẽ khác hẳn. Báo cáo cho biết hơn 80% lượng nước gắn với hoạt động của datacenter thực chất đến từ quá trình phát điện. Nói cách khác, ngay cả khi một trung tâm dữ liệu không rút quá nhiều nước tại chỗ, nó vẫn có thể tạo áp lực lớn lên tài nguyên nước thông qua nhu cầu điện khổng lồ.

Các datacenter có thể dùng nhiều công nghệ làm mát khác nhau tùy quy mô, vị trí địa lý và mức nhiệt của thiết bị IT. Trong đó, liquid cooling, hay làm mát bằng chất lỏng, thường hiệu quả hơn làm mát bằng không khí vì chất lỏng truyền nhiệt tốt hơn. Tuy nhiên, hệ thống này không phải lúc nào cũng kinh tế, đặc biệt với các cơ sở nhỏ. Ngoài ra còn có bài toán đánh đổi: các hệ thống làm mát dựa trên bay hơi thường tiết kiệm điện hơn chiller làm mát bằng không khí, nhưng lại tiêu tốn nhiều nước hơn. Vì thế, quyết định công nghệ thường phụ thuộc mạnh vào khí hậu và điều kiện địa phương.

Báo cáo cho biết các nhà vận hành trung tâm dữ liệu có thể lấy nước từ nhiều nguồn, bao gồm hệ thống nước uống đô thị, nước thải đã qua xử lý, nước mặt hoặc nước ngầm. Tuy nhiên, khoảng 97% lượng nước cấp cho các cơ sở tại Mỹ hiện vẫn đến từ mạng lưới nước đô thị. Đây là chi tiết quan trọng vì nó cho thấy datacenter đang cạnh tranh tài nguyên với nhu cầu dân sinh và thương mại tại địa phương, đặc biệt ở những khu vực vốn đã chịu áp lực về nước.

Một trong những vấn đề lớn nhất mà CRS chỉ ra là chính phủ liên bang Mỹ chưa có hệ thống đánh giá đầy đủ và nhất quán về lượng nước mà ngành datacenter sử dụng. Nguyên nhân chủ yếu là việc quản lý và báo cáo dữ liệu nước thường nằm ở cấp bang hoặc địa phương. Thêm vào đó, các thỏa thuận dịch vụ nước giữa chính quyền đô thị và nhà vận hành có thể bao gồm điều khoản hạn chế công khai thông tin. Kết quả là dữ liệu bị “silo”, tức bị chia cắt trong các hệ thống riêng lẻ, khiến giới hoạch định chính sách khó có cái nhìn toàn cảnh.

Tranh cãi về mức tiêu thụ nước của ngành này không còn là lý thuyết. Gần đây, một nhà khoa học tài nguyên nước đã kiện Amazon Web Services, cáo buộc công ty đưa ra các tuyên bố sai lệch hoặc gây hiểu nhầm về việc sử dụng nước tại Bắc Virginia. Các bằng chứng được thu thập thông qua FOIA, viết tắt của Freedom of Information Act, tức luật cho phép công chúng yêu cầu tiếp cận hồ sơ từ cơ quan nhà nước. Vụ việc cho thấy khi dữ liệu không được công bố chủ động, các nhà nghiên cứu và cộng đồng phải tìm đến công cụ pháp lý để ghép nối sự thật.

Nguồn tài trợ liên bang đã hỗ trợ phát triển một cơ sở dữ liệu về khai thác nước, trong đó có United States Water Withdrawals Database do các nhà nghiên cứu tại Virginia Tech xây dựng. Cơ sở dữ liệu này tổng hợp số liệu và ước tính về lượng nước rút ra sử dụng tại 42 bang, bao gồm cấp nước công cộng, công nghiệp và thương mại. Dù vậy, ở cấp lập pháp, phần lớn các dự luật liên quan đến datacenter và nước vẫn mới dừng ở giai đoạn đề xuất. Một số dự luật muốn cải thiện minh bạch dữ liệu, số khác khuyến khích tái sử dụng nước, nhưng tiến độ thông qua còn khá hạn chế.

Theo nhóm vận động Data Center Water Leaks, đã có 36 trên 52 cơ quan lập pháp cấp bang tại Mỹ đưa ra một số dạng dự luật liên quan đến nước và trung tâm dữ liệu. Ở cấp liên bang, hiện có 20 dự luật còn hiệu lực, gồm 14 dự luật tại Hạ viện và 6 tại Thượng viện, nhưng chỉ 3 dự luật vượt qua được giai đoạn chuyển ủy ban xem xét. Điều này phản ánh một thực tế quen thuộc của lĩnh vực công nghệ hạ tầng: tốc độ mở rộng của thị trường thường đi nhanh hơn đáng kể so với tốc độ hoàn thiện khung quản lý.

Bên ngoài nước Mỹ, Liên minh châu Âu đã đi xa hơn khi yêu cầu nhà vận hành datacenter phải báo cáo rõ mức tiêu thụ nước ngọt hằng năm cùng các chỉ số khác về cơ sở hạ tầng. Tuy nhiên, Ủy ban châu Âu cũng đang chịu sức ép từ ngành công nghiệp. Tổ chức CISPE – hiệp hội đại diện cho các nhà cung cấp hạ tầng đám mây tại châu Âu – từng cảnh báo rằng quy định nước quá nặng nề có thể khiến doanh nghiệp chuyển hạ tầng ra ngoài EU. Gần đây, cũng có thông tin cho rằng các đề xuất xếp hạng môi trường về hiệu quả năng lượng và nước của datacenter đã bị làm mềm đi sau hoạt động vận động hành lang.

Câu chuyện nước của datacenter đang cho thấy một nghịch lý của kỷ nguyên AI: càng nhiều dịch vụ thông minh được đưa lên mạng, thế giới vật lý phía sau chúng càng tiêu thụ nhiều điện, nước và đất hơn. Vấn đề không đơn thuần là chọn làm mát bằng không khí hay bằng chất lỏng, mà còn là cách đo đếm, công bố và quản lý tác động tài nguyên một cách minh bạch. Khi AI tiếp tục thúc đẩy xây dựng hạ tầng mới, câu hỏi lớn không còn là liệu datacenter có khát nước hay không, mà là các chính phủ và doanh nghiệp sẽ công khai và kiểm soát cơn khát đó như thế nào.