Cần xây dựng năng lượng lớn để thúc đẩy cuộc cách mạng AI
Một nghiên cứu mới của Đại học Duke lập luận rằng hệ thống điện hiện tại của Hoa Kỳ đã có khả năng cung cấp năng lượng cho các trung tâm dữ liệu bổ sung khổng lồ, cần thiết cho sự phát triển hơn nữa của trí tuệ nhân tạo.
Đường dây điện được nhìn thấy trước các tháp làm mát tại Nhà máy phát điện Vogtle chạy bằng năng lượng hạt nhân ở Waynesboro, Georgia, Hoa Kỳ Megan Varner/Reuters
Trong bối cảnh nhu cầu về các trung tâm dữ liệu để đào tạo và sử dụng các mô hình trí tuệ nhân tạo (AI) tiên tiến đang tăng cao, có sự đồng thuận rằng việc xây dựng hệ thống điện tốn kém của Hoa Kỳ là điều không thể tránh khỏi. Tổng thống Trump đã tuyên bố tình trạng khẩn cấp về năng lượng quốc gia vào ngày đầu tiên nhậm chức và đã cam kết sẽ đẩy nhanh các nhà máy điện mới để thúc đẩy sự bùng nổ của trung tâm dữ liệu. Trong khi đó, giá điện cho hộ gia đình và doanh nghiệp sẽ tăng mạnh trên toàn quốc để chi trả cho hàng chục tỷ đô la nâng cấp lưới điện theo kế hoạch nhằm đáp ứng sự bùng nổ của trung tâm dữ liệu. Việc cung cấp năng lượng cho các trung tâm dữ liệu mới này là ưu tiên lưỡng đảng đối với các nhà hoạch định chính sách quan tâm đến khả năng cạnh tranh của Hoa Kỳ trong lĩnh vực AI, đặc biệt là sau khi phát hành mô hình DeepSeek-R1 của Trung Quốc.
Một báo cáo mới đáng kinh ngạc được công bố hôm nay từ Đại học Duke lập luận rằng hệ thống điện hiện tại của Hoa Kỳ đã có "khoảng không" để cung cấp năng lượng cho các trung tâm dữ liệu bổ sung khổng lồ mà không cần lưới điện hoặc cơ sở hạ tầng nhà máy điện mới. Vấn đề là gì? Các trung tâm dữ liệu mới cần kết hợp một lượng linh hoạt hạn chế về thời điểm chúng tiêu thụ điện, giảm mức sử dụng trong những giờ hiếm hoi trong năm khi lưới điện khu vực gặp phải tình trạng quá tải. Các nhà nghiên cứu của Duke lập luận rằng được trang bị khả năng này, các trung tâm dữ liệu mới có thể kết nối nhanh chóng với các lưới điện khu vực hiện có mà không ảnh hưởng đến độ tin cậy của lưới điện hoặc phải chờ tới một thập kỷ để cơ sở hạ tầng mới đắt tiền được xây dựng.
Quy mô của những gì đã có thể thực hiện được ngày nay thật đáng kinh ngạc. Để tham khảo, hãy xem xét Dự án Stargate, siêu dự án trung tâm dữ liệu do Tổng thống Trump công bố, với mục tiêu đầu tư 500 tỷ đô la và có thể tiêu thụ từ mười lăm đến hai mươi lăm GW điện. Báo cáo của Duke kết luận rằng khoảng 100 GW, tương đương với bốn đến năm Dự án Stargate (hơn 2 nghìn tỷ đô la đầu tư vào trung tâm dữ liệu), có thể được kết nối trong tương lai gần với các lưới điện trên khắp Hoa Kỳ mà không cần nâng cấp cơ sở hạ tầng cung cấp hoặc cung cấp điện mới (Hình 1). Một cách khác để suy nghĩ về điều này là công suất của các trung tâm dữ liệu mới có thể được kết nối ngay lập tức thể hiện nhu cầu điện năng lớn hơn toàn bộ đội tàu gồm chín mươi bốn lò phản ứng hạt nhân của Hoa Kỳ có thể cung cấp hiện nay.
Hình 1: Công suất trung tâm dữ liệu bổ sung có thể được kết nối trong mỗi lưới điện khu vực nếu các trung tâm dữ liệu mới cung cấp khả năng cắt giảm 0,5% (Nguồn: Norris et al, 2025)
Trái ngược với những ước tính khổng lồ này về công suất trung tâm dữ liệu mới có thể được kết nối hiện nay, các yêu cầu về tính linh hoạt từ các trung tâm dữ liệu mới tương đối nhỏ. Trong suốt một năm, các trung tâm dữ liệu mới này vẫn có thể sử dụng 99,5 phần trăm lượng điện mà họ được phép sử dụng nếu họ không cung cấp cho lưới điện bất kỳ sự linh hoạt nào. Họ sẽ chỉ cam kết giảm công suất của mình trung bình 25 phần trăm trong hai giờ tại một thời điểm trong thời gian căng thẳng hệ thống cao điểm, tổng cộng ít hơn 200 giờ mỗi năm.
Net Politics
Các chuyên gia CFR điều tra tác động của công nghệ thông tin và truyền thông đối với an ninh, quyền riêng tư và các vấn đề quốc tế. 2-4 lần một tuần.
Vậy tại sao điều này vẫn chưa được thực hiện? Câu trả lời có thể là tiền lệ lịch sử mạnh mẽ rằng các trung tâm dữ liệu thường không cung cấp bất kỳ sự linh hoạt nào trong mức tiêu thụ điện năng của họ, thay vào đó yêu cầu các tiêu chuẩn thời gian hoạt động cực kỳ nghiêm ngặt để đảm bảo thời gian hoạt động gần 100 phần trăm cho người dùng các ứng dụng điện toán đám mây. Tuy nhiên, các công nghệ để đạt được tính linh hoạt đang được phát triển nhanh chóng trong bối cảnh khó khăn ngày càng tăng trong việc kết nối với lưới điện dưới dạng tải điện không linh hoạt (ví dụ, tại "Data Center Alley" của Bắc Virginia, công ty điện lực trích dẫn thời gian chờ hơn bảy năm để kết nối một trung tâm dữ liệu cần hơn 100MW điện).
Một cách tiếp cận để tạo ra tính linh hoạt là đặt pin hoặc máy phát điện bên cạnh các trung tâm dữ liệu. Một lựa chọn thậm chí còn rẻ hơn, tránh được chi phí vốn cho thiết bị mới là sắp xếp khối lượng công việc tính toán trên một hoặc nhiều trung tâm dữ liệu để kiểm soát chính xác mức tiêu thụ điện của chúng trong khi vẫn duy trì mức chất lượng dịch vụ chấp nhận được cho người dùng máy tính (xem ví dụ: Coskun et al., 2024 và Mehra et al. (Google), 2023).
Ý nghĩa hấp dẫn nhất của báo cáo Duke là một kết nối mà các tác giả không nêu rõ. Nếu các trung tâm dữ liệu AI - nguồn nhu cầu điện tăng trưởng nhanh nhất tại Hoa Kỳ - có thể cung cấp các dịch vụ linh hoạt cho lưới điện, thì chúng thực sự có thể trở thành nguồn tài nguyên có giá trị nhất của lưới điện. Các trung tâm dữ liệu linh hoạt, hoạt động riêng lẻ hoặc phối hợp với nhau trên khắp cả nước,
có thể củng cố độ tin cậy của lưới điện trong thời gian sử dụng cao điểm hoặc căng thẳng và sử dụng tốt hơn lưới điện được xây dựng để phục vụ nhu cầu cao điểm cực độ. Trước lời hứa hấp dẫn này về bữa trưa miễn phí—nhiều năng lực trung tâm dữ liệu hơn rất nhiều với mức đầu tư vào lưới điện và điện mới tối thiểu—các công ty lớn trong ngành công nghệ và điện đã hợp tác và thành lập liên minh EPRI DC Flex để phát triển hơn nữa tính linh hoạt của trung tâm dữ liệu.
Việc ưu tiên tính linh hoạt theo nhu cầu có thể giúp các nhà lập kế hoạch hệ thống điện có thời gian để đầu tư thận trọng trong thập kỷ tới, từ hiện đại hóa cơ sở hạ tầng phân phối cũ kỹ đến xây dựng đường truyền xa để mở rộng quy mô các công nghệ điện hạt nhân mới nổi. Nhưng việc xây dựng hệ thống điện quá mức và vội vàng sẽ gây nguy hiểm cho sự chấp nhận của công chúng đối với cuộc cách mạng AI khi giá điện tăng và điều đó có thể làm suy yếu khả năng cạnh tranh của Hoa Kỳ trong lĩnh vực AI. Do đó, tính linh hoạt của trung tâm dữ liệu là một khả năng rất đáng để đầu tư để tận dụng tối đa các nguồn lực mà chúng ta đã có.
Varun Sivaram là thành viên cấp cao về năng lượng và khí hậu tại Hội đồng Quan hệ Đối ngoại và là Nhà sáng lập kiêm Tổng giám đốc điều hành của Emerald AI, đơn vị phát triển phần mềm điều phối để sử dụng năng lượng điện toán.
