Sự bùng nổ nhu cầu về trí tuệ nhân tạo (AI) đã dẫn đến sự phát triển nhanh chóng của các trung tâm dữ liệu (DC). Điều này đặt ra một thách thức lớn cho các công ty phát triển AI: Làm thế nào để cung cấp năng lượng cho các trung tâm dữ liệu này?
Nhu cầu sử dụng năng lượng tăng vọt
Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) cho biết hiện có hơn 7.000 trung tâm dữ liệu đang hoạt động hay trong giai đoạn phát triển trên toàn thế giới, tăng gần gấp đôi so với con số 3.600 được ghi nhận vào năm 2015. Bà Ami Badani, giám đốc tiếp thị của công ty thiết kế chip Arm, nói rằng hiện các trung tâm dữ liệu đang chiếm 2% trong tổng mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu.
Theo dự đoán của McKinsey & Co., nhu cầu năng lượng từ các trung tâm dữ liệu sẽ tăng khoảng 10% mỗi năm đến năm 2030. Trong khoảng thời gian 20 năm tới, nhu cầu điện năng có thể tăng thêm 40%, gấp hơn 4 lần tốc độ tăng trưởng 9% của hai thập kỷ qua.
Tại Mỹ, trong năm 2022, IEA ghi nhận 2.700 trung tâm dữ liệu đã tiêu thụ 4% tổng điện năng của cả nước này. Tỷ trọng này được IEA dự đoán sẽ tăng lên 6% tổng lượng điện sử dụng vào năm 2026. Goldman Sachs cũng đưa ra nhận định vào hồi tháng 4 rằng các DC ở Mỹ sẽ tiêu thụ 8% tổng điện năng của nước Mỹ vào năm 2030; trong khi đó, con số mà Viện Nghiên cứu Điện Năng (Electric Power Research Institute) đưa ra là 9%.Thậm chí, bà Badini đã dự đoán mức tiêu thụ năng lượng của ngành này có thể tương đương với 25% tổng mức sử dụng điện ở Mỹ vào cuối thập kỷ này.
Tại các tiểu bang vùng Đông Bắc, công ty Pennsylvania-New Jersey-Maryland Interconnection, hay PJM, một tổ chức về truyền tải điện năng khu vực (RTO) ở Mỹ, cho rằng các trung tâm dữ liệu sẽ khiến nhu cầu điện năng được đẩy lên cao hơn. PJM ước tính công suất cao điểm trong mùa hè sẽ tăng từ 151 gigawatt (2024) lên tới 178 gigawatt vào năm 2034.
“Sự phát triển mà chúng tôi đang chứng kiến giờ đây, là chưa từng có trong sự nghiệp của cá nhân tôi và tôi đã làm việc trong lĩnh vực năng lượng và dịch vụ công tới ba thập kỷ,” Giám đốc Thương mại của FuelCell Energy, Mark Feasel trả lời IBD. FuelCell Energy (FCEL) là công ty hàng đầu chuyên cung cấp các máy phát điện chạy bằng hydro tại chỗ, nhằm giúp giảm lượng khí thải carbon doanh nghiệp.
“Nó không chỉ là điều chưa từng xảy ra, mà còn thực sự nằm ngoài dự đoán,” ông Feasel nói thêm. “Chỉ cách đây vài năm thôi, người ta vẫn còn nói về vòng diệt vong tiện ích.”
Không thể vận hành nếu không có năng lượng
Theo lời bà Badani, “Chúng ta sẽ không thể tiếp tục có được những tiến bộ về AI nếu không giải quyết được vấn đề về năng lượng. ChatGPT đòi hỏi mức năng lượng gấp 15 lần mức mà một trang web tìm kiếm truyền thống cần.”
Điều đó đặt ra những vấn đề liên quan đến hoạt động cung ứng năng lượng cho DC, sẽ được trình bày sau đây.
Thách thức đầu tiên: Nguồn cung năng lượng
Trong nỗ lực đáp ứng nhu cầu năng lượng cho các trung tâm dữ liệu, các công ty khai thác và sản xuất khí đốt tự nhiên, năng lượng hydro, và năng lượng mặt trời đang tích cực cạnh tranh để ký kết các thỏa thuận cung cấp.
Chuyên gia phân tích Carson Kearl của Enverus cho biết ngành năng lượng mặt trời đang phát triển nhanh có thể cộng thêm 30-40 gigawatt công suất điện mỗi năm trong vòng 10 năm tới. Một điểm cộng khác thì đây là nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường.
Bên cạnh đó, công ty Enverus ước tính khí đốt tự nhiên có thể tăng thêm công suất phát điện là 40 gigawatt và là giải pháp khả thi trong trường hợp nước Mỹ muốn nhanh chóng có thêm năng lượng, ông Kearl nhận xét.
Thách thức thứ hai: Khả năng chịu tải của lưới điện
Theo ước tính của PJM đã nêu ở trên, vào năm 2034, công suất sử dụng điện cao điểm vào mùa hè có thể đạt tới 178 gigawatt, làm dấy lên một nghi vấn liệu mạng lưới điện của Mỹ có thể truyền tải chừng đó điện? Không may mắn, là chưa.
Chuyên gia phân tích Ben Hertz-Shargel của Wood Mackenzie cho biết; “Lưới điện của chúng ta vẫn chưa sẵn sàng cho điều đó.” Ông nói rằng nước Mỹ sẽ cần có thêm các cơ sở hạ tầng truyền tải, ước tính cần khoảng 10 năm để hoàn thành. “Chúng ta đang ở trong một tình trạng trớ trêu, khi có quá nhiều nhu cầu và cũng có rất nhiều nguồn cung, nhưng chính lưới điện lại không đủ khả năng để cho phép nhu cầu tăng cao được đáp ứng bởi nguồn cung dư thừa”
Thách thức thứ ba: Mục tiêu giảm khí phát thải
Các công ty phát triển AI và mô hình ngôn ngữ lớn (LLM) đều hướng đến mục tiêu không phát thải vào năm 2050, nhưng nói thì dễ hơn làm.
Google, với mục tiêu phát thải ròng từ kinh doanh bằng 0 vào năm 2030, đã báo cáo lượng khí phát thải nhà kính của họ đã tăng 13% trong năm ngoái, lên 14,3 triệu tấn, tăng 48% so với năm 2019. Nguyên nhân là bởi nguồn năng lượng được dùng cho các trung tâm dữ liệu của công ty. Trong báo cáo, Google cho biết việc giảm lượng khí phát thải có thể rất thách thức, do cường độ tính toán AI lớn hơn sẽ khiến nhu cầu năng lượng tăng cao hơn.
Microsoft lấy mốc năm 2030, đề ra mục tiêu chính là “chỉ số khí thải các-bon âm, chỉ số nước dương, và chỉ số rác thải bằng 0”, đồng thời chuyển đổi hoàn toàn sang các nguồn cung năng lượng không phát thải. Nhưng vào tháng Năm, ông lớn phần mềm này cho biết lượng khí thải các-bon đã tăng 30% so với năm 2020, nguyên nhân là do sự phát triển mạnh mẽ của trí tuệ nhân tạo.
Feasel của FuelCell Energy cho biết một vài công ty sẵn lòng trả giá cao để có được nguồn năng lượng thân thiện với môi trường, đồng thời kỳ vọng xu hướng này có thể tiếp tục trong tương lai. Hoạt động sản xuất điện từ các nguồn phi-các-bon, như gió và mặt trời, đã tăng mạnh trong những năm trở lại đây.
Theo số liệu thống kê của Cơ quan Thông tin Năng lượng, trong năm 2023, 60% sản lượng điện ở Mỹ đến từ nguyên liệu hóa thạch – 43% từ khí đốt tự nhiên và 16% từ than đá. Năng lượng tái tạo chiếm 21% và năng lượng hạt nhân thì chưa tới 19%. Đây được coi là một chuyển dịch lớn so với năm 1994 khi khí đốt chiếm 13%, than đá chiếm 52% và năng lượng hạt nhân là 20% trong tổng điện.
Nhưng thế vẫn chưa đủ đáp ứng những tiêu chí về môi trường đang được đặt ra hiện nay. Ông Hertz-Shargel cho rằng chính nhu cầu năng lượng ngày một lớn ở Mỹ đã trì hoãn việc đóng cửa các nhà máy than và khí đốt tự nhiên có trên đất nước này, trực tiếp gây áp lực cho nỗ lực cắt giảm lượng phát thải các-bon liên bang.
Năng lượng hạt nhân: Có phải là giải pháp cuối?
Các nhà quan sát lưu ý rằng năng lượng hạt nhân sẽ là lựa chọn hợp lý với các Trung tâm dữ liệu lớn (hyperscalers) – những nhà cung cấp dịch vụ đám mây, trung tâm dữ liệu và trí tuệ nhân tạo lớn nhất.
Một giải pháp tiềm năng là sử dụng các lò phản ứng mô-đun nhỏ (SMR), có thể được đặt ngay trong khuôn viên của các trung tâm dữ liệu. Điều này sẽ cung cấp năng lượng trực tiếp cho cơ sở đó, đảm bảo tính ổn định và liên tục mà không cần phụ thuộc vào mạng lưới điện chung.
Điều đó sẽ giúp làm giảm chi phí điện năng của DC, nhờ vào việc giảm thiểu/cắt bỏ chi phí truyền tải và/hoặc phân phối điện, vốn thường chiếm tới một nửa hóa đơn tiền điện thông thường.
aChạy đua vào năng lượng hạt nhân
Với những thách thức xung quanh việc cung ứng năng lượng cho DC, năng lượng hạt nhân trở thành một lựa chọn của nhiều ông lớn công nghệ, như Amazon.com (AMZN), Microsoft (MSFT) và công ty mẹ của Google, Alphabet (GOOGL).
Theo báo cáo từ The Wall Street Journal, một phần ba số lượng nhà máy hạt nhân ở Mỹ đang trong quá trình thảo luận nhằm đạt được thỏa thuận cung ứng điện cho DC của các công ty công nghệ, hướng đến việc cung cấp năng lượng cho các mô hình AI hàng đầu.
Các công ty công nghệ thực ra đã chuyển hướng tới năng lượng hạt nhân trước cả khi ChatGPT xuất hiện. Vào cuối năm 2021, người sáng lập Amazon Jeff Bezos cùng các nhà đầu tư khác đã huy động được hơn 130 triệu USD tiền vốn đầu tư vào General Fusion, một công ty năng lượng hạt nhân có trụ sở đặt tại British Columbia, Canada.
Trong năm 2022, Google đã khởi động một vòng gọi vốn trị giá 250 triệu USD cho TAE Technologies, một công ty khởi nghiệp trong lĩnh vực tổng hợp hạt nhân.
Vào tháng 06/2023, Microsoft đã ký một thỏa thuận với Constellation Energy, công ty cung cấp năng lượng hạt nhân hàng đầu ở Mỹ, để bổ sung nguồn điện hạt nhân không các-bon cho các DC của hãng ở Virginia.
Vào tháng 03/2024, Amazon cũng đã mua lại một trung tâm dữ liệu được vận hành bằng năng lượng hạt nhân ở Pennsylvania từ Talen Energy (TLNE) với giá 650 triệu USD. Amazon không phản hồi ngay với yêu cầu bình luận. Amazon đã sắp xếp để cơ sở Amazon Web Services, hay AWS, có thể nhận được tới 960 megawatt điện từ cơ sở hạt nhân Susquehanna của Talen. Lượng điện này đủ để cung ứng cho hàng nghìn hộ gia đình.
Theo The Wall Street Journal, Amazon Web Services cũng đang khép lại thỏa thuận với Constellation Energy, về việc năng lượng được cung ứng trực tiếp từ một nhà máy năng lượng tại Bờ Đông. Giám đốc Tài chính của Constellation Daniel Eggers không bình luận gì về thỏa thuận này.
Amazon cho biết tập đoàn có kế hoạch đầu tư hơn 100 tỷ USD vào AI và DC trong một thập kỷ tới.
Đầu tháng 06/2024, Bill Gates và công ty năng lượng TerraPower của ông đã khởi công xây dựng một nhà máy điện hạt nhân Natri mới ở Kemmerer, Wyoming. Giấy phép xây dựng đã được gửi tới Ủy ban Quản lý Hạt nhân vào tháng Ba. Dự án này là một lò phản ứng hạt nhân tiên tiến sử dụng Natri (Na) để làm mát thay cho nước. Nếu Ủy ban chấp thuận, công ty này sẽ hoạt động như một nhà máy điện hạt nhân thương mại, không có thông tin về việc dự án này được liên kết với bất kỳ DC nào.
Ông Eggers cho biết Constellation Energy có lượng dự trữ dư thừa và dư địa để hấp thụ thêm nhu cầu gia tăng, và hãng đang tìm cách để tăng thêm khoảng 1.000 megawatt công suất.
Lựa chọn trung dung cho hiện tại
Các công ty cung ứng năng lượng đang tìm cách để cung cấp ‘giải pháp mang tính cầu nối’. Đối với các DC chưa thể hòa vào lưới điện kịp thời thì pin nhiên liệu và khí đốt tự nhiên là lựa chọn phù hợp. Các trung tâm dữ liệu cũng có thể xây dựng một cơ sở phát triển tại chỗ hoặc ở gần đó trong khoảng 2-3 năm. Điều đó cho phép DC được nhanh chóng hoạt động mà không buộc phải chờ đợi việc hòa vào lưới điện.
Những lò phản ứng hạt nhân mô-đun cỡ nhỏ cũng là một lựa chọn phù hợp. Nhưng bất chấp các ‘tiềm năng to lớn’ thì những lò phản ứng hạt nhân mới sẽ không thể đảm nhiệm vai trò nguồn cung năng lượng chính, tối thiểu là cho đến năm 2030 bởi quá trình phát triển công nghệ còn chậm, ông David Porter, phó chủ tịch chiến lược điện khí hóa và năng lượng bền vững của Viện Nghiên cứu Điện Lực, cho hay.
Một lời nhắc thận trọng khác xuất phát từ Wood Mackenzie. Công ty này chỉ ra công suất phát điện hạt nhân ở Mỹ, hiện tại tổng khoảng 98 gigawatt, tăng chưa tới 12 gigawatt từ giờ cho tới năm 2050. Trong số công suất điện mới gia tăng đó, hầu hết sẽ là các lò phản ứng hạt nhân loại nhỏ.
“Tóm lại, mặc dù năng lượng hạt nhân có tiềm năng lớn, nhưng hiện tại nó vẫn chưa đủ để đáp ứng nhu cầu khổng lồ mà chúng ta dự kiến sẽ phải đối mặt trong thập kỷ tới," theo phân tích của Ben Hertz-Shargel từ Wood Mackenzie.
Ông Porter nói rằng bản thân ông thấy toàn bộ các nguồn năng lượng đều đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu sử dụng điện. "Tùy chọn sẽ là phương án tốt nhất đối với mạng lưới điện trong tương lai, và nó là tổ hợp của mọi thứ," ông nói. "Nhưng điều thực sự cần được phát triển là một nguồn năng lượng sạch, ổn định, và có thể phân phối được.”
Khoản đầu tư 1,5 nghìn tỷ USD cho Năng lượng hạt nhân
Sự gia tăng quan tâm đối với năng lượng hạt nhân đang tạo điều kiện thuận lợi cho ngành công nghiệp năng lượng ở Mỹ, vốn đã chứng kiến sự trì trệ trong hoạt động sản xuất trong nhiều thập kỷ qua. Một số lượng lớn các nhà máy ở vị thế gần như phải đóng cửa khi năng lượng mặt trời, gió và khí đốt tự nhiên chiếm ưu thế trong cuộc thảo luận về năng lượng.
Các chuyên gia phân tích của Morgan Stanley tin rằng “thời kỳ phục hưng hạt nhân” đang diễn ra. Họ đã viết rằng năng lượng hạt nhân, tuy vẫn còn là một vấn đề gây tranh cãi, nhưng đang dần quay trở lại. Cơ quan này ước tính có khoảng 1,5 nghìn tỷ USD được sử dụng để đầu tư vào công suất mới, từ giờ cho đến năm 2050.
Chuyên gia phân tích Kearl nói với IBD rằng lý do cho sự phục hưng của ngành hạt nhân một phần là bởi những người lạc quan về công nghệ cũng “có xu hướng lạc quan về hạt nhân”.
Ông Kearl lưu ý rằng chi phí cho một nhà máy năng lượng hạt nhân nhằm đáp ứng dịch vụ công là rất lớn. Nhưng đối với một công ty tầm cỡ như Google, “đó cũng chỉ như hạt muối bỏ biển khi so với chi phí đầu tư cho trung tâm dữ liệu” và hơn nữa những công ty đó “có khả năng tài chính và sẵn lòng đầu tư vào hạt nhân”. “Quy mô đầu tư vào công nghệ hạt nhân đang lớn hơn bao giờ hết,” ông cho biết.
Morgan Stanley xếp hạng gia tăng tỷ trọng cho 8 cổ phiếu thuộc “chuỗi giá trị” hạt nhân ở khắp thế giới, bao gồm: Constellation Energy (CEG), Vistra (VST), Public Service Enterprise (PEG) và Curtiss-Wright (CW). Ngoài ra còn có CGN Power H-shares của Trung Quốc; CGN Mining của Hong Kong; Paladin Energy của Úc; và Kansai Electric Power của Nhật Bản.
Thực tế, trong một năm trở lại đây, cổ phiếu của Constellation Energy (CEG) đã tăng 74,54%; của Vistra (VST) tăng 1465,90%; của Public Service Enterprise (PEG) tăng 23,57%. Cổ phiếu của Curtiss-Wright (CW), công ty cung cấp sản phẩm và dịch vụ cho các nhà máy hạt nhân, cũng tăng 49,18%.
Khám phá những diễn biến mới nhất và thông tin tài chính hấp dẫn từ thị trường chứng khoán quốc tế tại website Investo. Đừng bỏ lỡ cơ hội nắm bắt những tin tức quan trọng và phân tích sâu sắc để đưa ra quyết định đầu tư sáng suốt. Cập nhật ngay để không bị bỏ lại phía sau!
Chú thích:
(*) vòng diệt vong tiện ích (utility doom loop”): đề cập đến một chu kỳ tiêu cực, xuất phát từ gia tăng số lượng việc làm từ xa khiến cho các doanh nghiệp thành thị phải đóng cửa, chính quyền nơi đó mất nguồn thu từ thuế dẫn tới thành phố phải thực hiện cắt giảm dịch vụ công và tăng thu thuế. Việc tăng thu thuế sẽ khiến cho hoạt động đóng cửa văn phòng tăng, tạo thành một vòng tiếp diễn (loop) cho tới khi các dịch vụ công tại thành phố bị tê liệt hoàn toàn (doom), tạo ra các nhà máy, trong đó có nhà máy điện, bị bỏ hoang.
