Schneider Electric: Tăng nhiệt độ chất làm mát có thể giúp trung tâm dữ liệu AI giảm một nửa lượng nước tiêu thụ

Schneider Electric vừa công bố một báo cáo mới cho rằng kiến trúc làm mát của trung tâm dữ liệu có thể quyết định trực tiếp mức tiêu thụ nước và điện, đặc biệt trong kỷ nguyên AI khi mật độ máy chủ ngày càng cao. Trung tâm dữ liệu AI thường vận hành các cụm GPU — bộ xử lý đồ họa chuyên dùng để huấn luyện và suy luận mô hình trí tuệ nhân tạo — với công suất lớn, tạo ra lượng nhiệt rất cao. Theo Schneider, nếu nhà vận hành đánh giá chiến lược làm mát ngay từ giai đoạn thiết kế, họ có thể giảm đáng kể áp lực lên tài nguyên nước mà vẫn tối ưu hiệu quả năng lượng.

Trong tài liệu mang tên “Water Usage at AI Scale: Insights from a 100 MW Comparative Analysis”, Schneider mô phỏng bốn thiết kế trung tâm dữ liệu công suất 100 MW, tức quy mô tiêu thụ điện rất lớn tương đương một hạ tầng AI cấp công nghiệp. Bốn kịch bản này trải dài từ mô hình làm mát bằng không khí truyền thống đến các cấu hình làm mát bằng chất lỏng được tối ưu hóa. Kết luận chính của báo cáo là việc chuyển từ làm mát bằng không khí sang làm mát bằng chất lỏng có thể cải thiện hiệu quả năng lượng một cách ổn định, đồng thời giảm lượng nước tiêu thụ tại những khu vực bị hạn chế về nguồn nước.

Làm mát bằng chất lỏng là phương pháp đưa nhiệt ra khỏi máy chủ bằng dung dịch làm mát thay vì chỉ dựa vào luồng không khí. Cách tiếp cận này hiệu quả hơn vì chất lỏng truyền nhiệt tốt hơn không khí, giúp xử lý các rack mật độ cao — tức các tủ máy chủ chứa nhiều thiết bị công suất lớn trong một không gian nhỏ. Schneider cho biết trong mô hình của họ, yếu tố quyết định mức dùng nước không chỉ nằm ở bên trong phòng máy mà còn ở hệ thống thải nhiệt ra môi trường bên ngoài. Báo cáo nhấn mạnh tháp giải nhiệt, tức cooling tower, có thể tiêu tốn lượng nước cao gấp 5 đến 20 lần so với dry cooler — thiết bị giải nhiệt khô dùng không khí ngoài trời để xả nhiệt mà không phụ thuộc nhiều vào nước.

Một trong những điểm đáng chú ý nhất trong phân tích của Schneider là nhiệt độ cấp của chất làm mát càng cao thì tiềm năng tiết kiệm nước càng lớn. Báo cáo đưa ra ba cấp độ chính: làm mát bằng chất lỏng ở mức 32°C, được xem là tương đối phổ biến trong các trung tâm dữ liệu AI đời đầu; sau đó nâng lên 45°C; và cuối cùng là thiết kế toàn bộ hệ thống ngay từ đầu để vận hành ở 45°C. Theo Schneider, khi chất làm mát được cấp ở mức 45°C, hệ thống có thể tận dụng không khí ngoài trời trong nhiều điều kiện thời tiết hơn để thải nhiệt mà không cần đến làm lạnh cơ học, tức mechanical chilling — phương pháp dùng máy nén hoặc thiết bị làm lạnh chủ động vốn tiêu tốn thêm điện và nước.

Schneider cũng mô phỏng bốn thiết kế này theo hồ sơ thời tiết hàng năm của Paris (Pháp) và Dallas (Texas, Mỹ) để đánh giá tác động của khí hậu. Kết quả cho thấy mức tiêu thụ nước tại chỗ cao nhất xuất hiện ở cơ sở dùng làm mát không khí truyền thống đặt tại Dallas, nơi khí hậu nóng hơn khiến việc thải nhiệt trở nên khó khăn hơn. Khi chuyển sang làm mát bằng chất lỏng với chất làm mát cấp ở 45°C, lượng nước sử dụng có thể giảm ít nhất 50%, theo tuyên bố của công ty. Điều này cho thấy vị trí địa lý, nhiệt độ vận hành và kiến trúc làm mát là ba biến số then chốt quyết định nhu cầu nước của một trung tâm dữ liệu.

Kịch bản thứ tư trong báo cáo không chỉ nâng nhiệt độ chất làm mát lên 45°C mà còn thiết kế lại toàn bộ hệ thống để phù hợp chính xác với mức vận hành này. Schneider cho rằng cách làm đó giúp giảm số lượng thiết bị cần lắp đặt, tránh tình trạng dư công suất và từ đó hạ chi phí đầu tư ban đầu, hay còn gọi là capital expenditure. Nói cách khác, nếu trung tâm dữ liệu được thiết kế đúng theo nhu cầu nhiệt thực tế của tải AI, doanh nghiệp có thể vừa tiết kiệm nước, vừa tránh phải mua sắm hạ tầng làm mát quá mức cần thiết.

Dù nhấn mạnh lợi ích của làm mát bằng chất lỏng, Schneider cũng lưu ý rằng hiệu quả nước và hiệu quả năng lượng phải được đánh giá cùng nhau. Báo cáo đề cập đến PUE, viết tắt của Power Usage Effectiveness, một chỉ số phổ biến dùng để đo mức hiệu quả năng lượng của trung tâm dữ liệu bằng cách so sánh tổng điện năng cơ sở tiêu thụ với phần điện thực sự cấp cho thiết bị CNTT. Tuy nhiên, một thiết kế có PUE tốt chưa chắc đã là phương án tối ưu về nước. Vì vậy, lựa chọn cuối cùng sẽ phụ thuộc vào việc doanh nghiệp ưu tiên giảm điện năng hay giảm nước, cũng như giá điện, giá nước và điều kiện hạ tầng tại từng địa phương.

Thông điệp của Schneider xuất hiện trong bối cảnh tiêu thụ nước của các trung tâm dữ liệu đang trở thành chủ đề gây tranh cãi tại nhiều quốc gia. Tại Mỹ, lượng nước mà các trung tâm dữ liệu sử dụng đã tăng gấp ba lần trong vòng một thập kỷ, kéo theo phản ứng mạnh hơn từ cộng đồng địa phương trước các dự án mới. Tại Anh, chính phủ cũng bị chỉ trích vì thúc đẩy xây dựng thêm các “nông trại máy chủ AI” nhưng chưa xem xét đầy đủ áp lực lên nguồn nước. Schneider khuyến nghị doanh nghiệp nên tính toán nhu cầu nước từ rất sớm trong quá trình thiết kế và cân nhắc các nguồn nước thay thế để giảm ảnh hưởng đến nguồn cung phục vụ cộng đồng dân cư.

Dù các kết luận trong báo cáo thu hút sự chú ý, cần lưu ý rằng Schneider Electric cũng có lợi ích kinh doanh trực tiếp trong lĩnh vực này. Công ty đã mua 75% cổ phần kiểm soát tại Motivair, một chuyên gia về làm mát bằng chất lỏng, vào năm 2024 và cho biết có kế hoạch mua nốt phần còn lại trước năm 2028. Điều đó không phủ nhận giá trị của các mô hình phân tích, nhưng cũng cho thấy thị trường làm mát bằng chất lỏng đang trở thành một mặt trận cạnh tranh chiến lược khi làn sóng AI tiếp tục đẩy công suất, nhiệt lượng và nhu cầu tài nguyên của trung tâm dữ liệu lên mức chưa từng có.