ChatGPT, kỳ tích của công nghệ xử lý ngôn ngữ tự nhiên hiện đại, ấn tượng với người dùng trên toàn thế giới bằng khả năng tạo ra văn bản giống con người, trả lời câu hỏi và thậm chí viết code. Tuy nhiên, ẩn sau trí thông minh tinh vi này là một cơ sở hạ tầng quan trọng với dấu chân môi trường đáng kể: các trung tâm dữ liệu khổng lồ chứa và cung cấp năng lượng cho các mô hình. Những trung tâm dữ liệu này, rất quan trọng cho việc đào tạo và vận hành ChatGPT, tiêu thụ một lượng lớn năng lượng, và một phần đáng kể trong số đó được dùng để tạo ra nhiệt. Để ngăn chặn các linh kiện điện tử nhạy cảm này quá nhiệt và hỏng hóc, một hệ thống làm mát mạnh mẽ là cần thiết, và thường thì hệ thống đó phụ thuộc nhiều vào nước. Do đó, nước là rất cần thiết, như một chất làm lạnh, để làm cho ChatGPT hoạt động.
Anakin AI
Các trung tâm dữ liệu, nơi ở vật lý của các mô hình AI như ChatGPT, chứa đầy các máy chủ, thiết bị mạng và thiết bị lưu trữ. Những linh kiện này tiêu thụ một lượng lớn điện năng khi thực hiện các phép toán phức tạp cần thiết cho xử lý AI. Một hệ quả trực tiếp của việc tiêu thụ điện này là tạo ra nhiệt. Khi các bộ xử lý thực hiện các phép toán, các chip nhớ lưu trữ thông tin, và các card mạng truyền dữ liệu, tất cả đều tỏa ra nhiệt như một sản phẩm phụ. Nếu không được quản lý cẩn thận, nhiệt độ trong trung tâm dữ liệu có thể nhanh chóng tăng lên những mức có thể làm hỏng thiết bị, dẫn đến sự cố và thậm chí là hỏng hệ thống hoàn toàn. Hãy tưởng tượng cố gắng vận hành một PC chơi game hiệu suất cao trong một chiếc tủ không có thông gió – các linh kiện sẽ nhanh chóng quá nhiệt, và hệ thống sẽ bị sập. Nguyên tắc tương tự cũng áp dụng cho các trung tâm dữ liệu, nhưng trên quy mô lớn hơn rất nhiều. Do đó, thách thức trong việc quản lý nhiệt độ là trung tâm cho hoạt động của bất kỳ hệ thống AI quy mô lớn nào.
Làm mát bằng nước là một phương pháp rất hiệu quả để duy trì nhiệt độ tối ưu bên trong. Điều này là vì nước có khả năng chứa nhiệt rất cao. Điều này có nghĩa là nó có thể hấp thụ rất nhiều nhiệt trước khi nhiệt độ của chính nó tăng lên đáng kể. Để hiểu tại sao nước lại hiệu quả như vậy, hãy xem xét rằng chỉ cần một calorie nhiệt để tăng một gram nước lên một độ Celsius. Đặc điểm này được gọi là khả năng chứa nhiệt riêng của nước. Hãy xem xét số lượng calorie được sản xuất bởi một cơ sở thu thập dữ liệu lớn giống như những cái hỗ trợ các hệ thống, chẳng hạn như ChatGPT. Đặc điểm này cho phép nước loại bỏ nhiệt và giữ cho thiết bị ở nhiệt độ hoạt động. Trong một hệ thống làm mát bằng nước điển hình, nước được tuần hoàn qua các ống gần gũi với các linh kiện sinh nhiệt. Khi nước chảy, nó hấp thụ nhiệt, và sau đó nước nóng được bơm đi đến một tháp làm mát hoặc thiết bị làm mát, nơi nhiệt được tỏa ra môi trường qua quá trình bay hơi hoặc một quá trình trao đổi nhiệt khác. Nước đã được làm mát sau đó được tuần hoàn lại vào trung tâm dữ liệu để lặp lại quá trình.
Làm mát bằng chất lỏng trực tiếp là một phương pháp mới hơn. Phương pháp này đang được các trung tâm dữ liệu hiện đại ưa chuộng. Điều này liên quan đến việc đặt chất lỏng trực tiếp lên các linh kiện sinh nhiệt, như CPU và GPU. Điều này thường được thực hiện thông qua các tấm lạnh gắn vào các linh kiện. Các tấm lạnh được lấp đầy bằng một chất làm lạnh. Công nghệ làm mát này rất hiệu quả. Nó có thể hấp thụ nhiệt từ các linh kiện tính toán mật độ cao. Các hệ thống làm mát bằng chất lỏng trực tiếp có thể giảm tiêu thụ năng lượng và giảm nhu cầu về nước. Chúng cũng cho phép mật độ cao hơn. Chúng là một lựa chọn tốt cho các doanh nghiệp muốn giảm dấu chân carbon mà không hy sinh hiệu suất.
Làm mát ngâm đi xa hơn nữa. Các máy chủ được ngâm trong một chất lỏng không dẫn điện. Chất lỏng này hấp thụ nhiệt và giữ cho tất cả các linh kiện mát mẻ. Phương pháp này rất hiệu quả và có thể loại bỏ nhiệt từ các linh kiện trực tiếp. Có hai loại làm mát ngâm: một pha và hai pha. Trong làm mát ngâm một pha, chất lỏng hấp thụ nhiệt và tuần hoàn trong hệ thống mà không chuyển pha. Với làm mát ngâm hai pha, chất lỏng sôi và chuyển sang dạng hơi khi hấp thụ nhiệt. Sau đó, nó ngưng tụ trở lại thành chất lỏng trong một bình ngưng. Nó giải phóng nhiệt trong quá trình này. Làm mát ngâm cung cấp hiệu suất vượt trội và tỷ lệ truyền nhiệt cao. Nó giảm mức tiêu thụ điện và tăng cường độ tin cậy của hệ thống.
Mặc dù làm mát bằng nước là phổ biến, nhưng làm mát bằng không khí truyền thống thường được sử dụng song song, và thậm chí những hệ thống này cũng gián tiếp sử dụng một lượng lớn nước. Các hệ thống làm mát bằng không khí sử dụng quạt để tuần hoàn không khí qua các linh kiện sinh nhiệt, phân tán nhiệt vào môi trường xung quanh. Tuy nhiên, trong các điều kiện khí hậu nóng hoặc ở những trung tâm dữ liệu đông đúc, làm mát bằng không khí đơn thuần có thể không đủ để duy trì nhiệt độ tối ưu. Trong các trường hợp này, các bộ làm mát bốc hơi sử dụng nước thường được sử dụng để làm mát không khí trước khi nó được đưa qua các máy chủ. Những bộ làm mát bốc hơi này sử dụng nước để làm ẩm không khí, và không khí sau đó sẽ mát khi nước bay hơi. Không khí đã được làm mát sau đó được dẫn vào trung tâm dữ liệu để giúp duy trì nhiệt độ mong muốn. Nếu không có việc làm mát bốc hơi này, nhiệt độ không khí bên trong trung tâm dữ liệu có thể nhanh chóng tăng lên đến mức không thể chấp nhận được, gây nguy hiểm cho hoạt động của các máy chủ.
Ý nghĩa năng lượng của làm mát bằng không khí rất quan trọng. Ngay cả với các hệ thống HVAC, một lượng lớn năng lượng vẫn được sử dụng để vận hành các quạt. Những chiếc quạt này tuần hoàn không khí và loại bỏ nhiệt. Làm Mát Bằng Chất Lỏng Trực Tiếp và Làm Mát Ngâm rất tốt cho những tác động về năng lượng do không sử dụng những chiếc quạt đó. Chúng hiệu quả hơn nhiều trong việc hút nhiệt, giảm nhu cầu về điều hòa không khí và giảm tổng mức tiêu thụ năng lượng. Các hệ thống làm mát hiệu quả có thể giảm đáng kể ảnh hưởng của trung tâm dữ liệu đến môi trường và chi phí hoạt động.
Vị trí địa lý của một trung tâm dữ liệu cũng ảnh hưởng đáng kể đến mức tiêu thụ nước của nó. Các trung tâm dữ liệu nằm ở các khí hậu nóng và khô, chẳng hạn như những trung tâm ở miền tây nam Hoa Kỳ, cần nhiều nước hơn để làm mát so với các trung tâm ở các khí hậu lạnh hơn, ẩm ướt hơn. Ví dụ, một trung tâm dữ liệu ở Arizona có thể cần dựa nhiều vào các hệ thống làm mát dựa trên nước do nhiệt độ môi trường cao và độ ẩm thấp. Ngược lại, một trung tâm dữ liệu ở Ireland, nơi nhiệt độ thường lạnh hơn và độ ẩm cao hơn, có thể có khả năng dựa nhiều hơn vào làm mát bằng không khí hoặc các phương pháp ít tốn nước hơn khác. Những lựa chọn này theo vị trí là một quyết định quan trọng.
Hãy xem xét một trung tâm dữ liệu giả định nằm ở Phoenix, Arizona. Nhiệt độ môi trường tại Phoenix thường vượt quá 110 độ Fahrenheit trong mùa hè, và độ ẩm thường rất thấp. Chỉ làm mát bằng không khí sẽ không đủ để duy trì nhiệt độ tối ưu bên trong trung tâm dữ liệu, vì vậy một hệ thống làm mát bốc hơi dựa trên nước là rất cần thiết. Hệ thống này sẽ phải tiêu thụ một lượng lớn nước để làm ẩm không khí và giữ cho các máy chủ không bị quá nhiệt. Ngược lại, một trung tâm dữ liệu tương tự nằm ở Seattle, Washington, nơi khí hậu lạnh hơn và ẩm ướt hơn, có khả năng dựa nhiều hơn vào làm mát bằng không khí hoặc các phương pháp ít tốn nước hơn khác. Điều này cho thấy tác động đáng kể mà vị trí địa lý có thể có đối với mức tiêu thụ nước của trung tâm dữ liệu.
Mức tiêu thụ nước khổng lồ của các trung tâm dữ liệu đặt ra những mối lo ngại môi trường nghiêm trọng, đặc biệt là ở những vùng đã đối mặt với tình trạng thiếu nước. Việc chuyển hướng nước cho việc làm mát tại trung tâm dữ liệu có thể làm cạn kiệt nguồn cung cấp nước địa phương, ảnh hưởng đến nông nghiệp, hệ sinh thái và dân cư. Ngoài ra, việc xả nước ấm trở lại môi trường có thể làm rối loạn hệ sinh thái thủy sinh, làm tổn hại đến cá và các sinh vật sống dưới nước khác. Các nhà điều hành trung tâm dữ liệu cần áp dụng các phương pháp quản lý nước bền vững để giảm thiểu ảnh hưởng môi trường của họ. Vì vậy, cách chúng ta sử dụng nước cho công nghệ là rất quan trọng.
Đầu tiên, nước tái chế là một nguồn lực tuyệt vời. Các trung tâm dữ liệu có thể giảm lượng nước ngọt của họ bằng cách sử dụng nước tái chế. Xử lý nước thải, các hoạt động công nghiệp và các nguồn nước tái chế khác có thể được sử dụng trong các hệ thống làm mát. Chiến lược này giúp tiết kiệm nguồn cung nước ngọt và giảm tác động môi trường của trung tâm dữ liệu. Thứ hai, làm mát bằng không khí là một phương pháp cổ xưa, nhưng vẫn rất phù hợp. Các cơ sở dữ liệu có thể giảm lượng nước của họ bằng cách sử dụng công nghệ làm mát bằng không khí ở những nơi thích hợp. Khi sử dụng làm mát bằng không khí, nó được bổ sung bằng làm mát bốc hơi có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào nhu cầu của hệ thống máy tính. Cuối cùng, các trung tâm dữ liệu mới có thể được xây dựng với môi trường trong đầu từ ban đầu. Các trung tâm dữ liệu có thể được đặt ở những địa điểm có nguồn nước dồi dào hoặc khí hậu lạnh hơn để giảm nhu cầu về nước để làm mát. Tính bền vững của các trung tâm dữ liệu được cải thiện thông qua việc lựa chọn vị trí thông minh, giảm thiểu tác động môi trường của cơ sở.
Khi nhận thức về tác động môi trường của các trung tâm dữ liệu tăng lên, áp lực ngày càng tăng đối với các nhà điều hành để áp dụng các giải pháp làm mát bền vững hơn. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư đang tích cực phát triển và triển khai các công nghệ làm mát đổi mới có thể giảm hoặc loại bỏ mức tiêu thụ nước. Làm mát bằng chất lỏng trực tiếp và làm mát bằng ngâm là hai phương pháp hứa hẹn đang được ưa chuộng. Những công nghệ này có khả năng giảm đáng kể mức tiêu thụ nước và cải thiện hiệu quả năng lượng. Ngoài ra, các đổi mới khác, chẳng hạn như các hệ thống làm mát bằng không khí tiên tiến, công nghệ tái sử dụng nhiệt, và thiết kế trung tâm dữ liệu tối ưu, cũng đang góp phần vào một tương lai bền vững hơn cho các trung tâm dữ liệu.
Nhiều công ty đang xem xét cách để tái sử dụng nhiệt sản sinh ra từ các trung tâm dữ liệu cho các mục đích khác, chẳng hạn như sưởi ấm các tòa nhà hoặc cung cấp năng lượng cho các quy trình công nghiệp. Mặc dù chiến lược này vẫn đang trong giai đoạn đầu, nhưng nó có tiềm năng giảm thiểu đáng kể tác động môi trường của các trung tâm dữ liệu. Hãy tưởng tượng nếu bạn có thể sử dụng nhiệt thải để sưởi ấm nhà cửa. Điều này có thể giảm đáng kể chi phí.
Tóm lại, việc sử dụng nước là rất quan trọng trong ChatGPT và các mô hình AI khác. Điều này là do tốc độ dữ liệu cao, yêu cầu làm mát và các ràng buộc về vị trí. Chúng ta đang bắt đầu thấy sự quan tâm nhiều hơn về tác động môi trường cũng như áp dụng các phương pháp đổi mới có thể giảm đáng kể mức tiêu thụ nước và tác động môi trường như nước tái chế, làm mát chính xác và lựa chọn vị trí hợp lý. Bằng cách thực hiện những phương pháp này, chúng ta có thể đảm bảo rằng lợi ích của AI không vượt quá trách nhiệm môi trường của chúng ta.
