Trung tâm dữ liệu xanh: Xu hướng thế giới và thực tiễn Việt Nam

Ảnh minh họa (Nguồn: Internet)

1. Xu hướng và kinh nghiệm thế giới về trung tâm dữ liệu xanh

Trung tâm dữ liệu và dịch vụ điện toán đám mây là hạ tầng số - nền tảng quan trọng của kinh tế số, chính phủ số; là chìa khóa cho việc lưu trữ, xử lý dữ liệu, hỗ trợ hoạt động kinh doanh và phát triển công nghệ thông tin. Trong đó, trung tâm dữ liệu xanh là các trung tâm dữ liệu chủ yếu sử dụng năng lượng sạch, nguồn điện tái tạo (điện gió, mặt trời…) trong hoạt động nhằm góp phần giảm lượng khí thải, tiết kiệm năng lượng, hướng đến mục tiêu phát triển bền vững.

Sự vận hành các trung tâm dữ liệu đòi hỏi tiêu thụ nguồn điện năng lớn. Theo Cơ quan năng lượng quốc tế (IEA), trong năm 2023, các trung tâm dữ liệu trên toàn thế giới tiêu thụ khoảng 340 TWh điện, chiếm 1,3% tổng nhu cầu điện toàn cầu và cao hơn tổng mức tiêu thụ điện của cả Việt Nam. Báo cáo của Tập đoàn dữ liệu quốc tế (IDC) vào tháng 9/2024 dự đoán tổng lượng điện tiêu thụ của các trung tâm dữ liệu toàn cầu sẽ tăng hơn gấp đôi, đạt 857 TWh vào năm 2028, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 19,5%. Đặc biệt, các khối lượng công việc liên quan đến trí tuệ nhân tạo (AI) được dự báo sẽ có mức tiêu thụ điện tăng nhanh hơn nữa, đạt CAGR 44,7% và lên tới 146,2 TWh vào năm 2027.

Theo Tạp chí Forbes (Mỹ), sự gia tăng số lượng trung tâm dữ liệu cùng với sự phát triển của AI có thể làm thay đổi đáng kể quỹ đạo nhu cầu năng lượng toàn cầu trong nửa sau của thập kỷ này. Tổ chức nghiên cứu S&P Global ước tính rằng từ nay đến năm 2030, nhu cầu điện của trung tâm dữ liệu sẽ tăng 10 - 15% mỗi năm và có thể chiếm tới 5% tổng nhu cầu điện toàn cầu vào cuối thập kỷ.

Một số tổ chức quốc tế, như Tổ chức Tiêu chuẩn hóa quốc tế tại Mỹ, mức tiêu thụ điện của các trung tâm dữ liệu đạt 150 TWh, tương đương khoảng 3% tổng nhu cầu điện quốc gia. Theo một nghiên cứu gần đây của Viện Nghiên cứu điện năng - EPRI (Mỹ), các trung tâm dữ liệu có thể tiêu thụ tới 9% sản lượng điện của Mỹ vào năm 2030, gấp đôi mức sử dụng hiện tại, và dự kiến con số này sẽ còn tăng cao hơn nữa. Phân tích của McKinsey cho thấy thị trường trung tâm dữ liệu tại Mỹ có thể tăng từ 25 gigawatt (GW) vào năm 2024 lên hơn 80 GW vào năm 2030, chủ yếu do quá trình số hóa, dịch chuyển lên điện toán đám mây và sự mở rộng của các công nghệ như AI.

Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế (ISO), Ủy ban châu Âu về Tiêu chuẩn kỹ thuật điện tử (CENELEC), Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) đều đã ban hành các tiêu chuẩn quốc tế về trung tâm dữ liệu xanh, tập trung vào việc đo lường và cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng điện, khuyến khích sử dụng năng lượng tái tạo. Cụ thể:

ISO đã tiêu chuẩn hóa toàn cầu Chỉ số hiệu suất chính (KPI) của trung tâm dữ liệu và công bố tại bộ Tiêu chuẩn quốc tế ISO/IEC 30134 CNTT - trung tâm dữ liệu - Các chỉ số hiệu suất chính; trong đó, nhấn mạnh các yêu cầu về sử dụng năng lượng hiệu quả (PUE); hệ số năng lượng tái tạo (REF); hệ số tái sử dụng năng lượng (ERF); tỉ lệ hiệu suất làm mát (CER); hiệu quả sử dụng carbon (CUE) và hiệu quả sử dụng nước (WUE).

CENELEC đã áp dụng tiêu chuẩn cơ sở hạ tầng trung tâm dữ liệu EN 50600 - là tiêu chuẩn chính thức tại các quốc gia thuộc Liên minh châu Âu. Đây là những quy định tiêu chuẩn hóa hoạt động của trung tâm dữ liệu theo các nhóm lĩnh vực năng lượng, làm mát, viễn thông và cơ sở hạ tầng an ninh kỹ thuật (bao gồm các quy trình và hệ thống kiểm soát truy cập, hệ thống phát hiện xâm nhập, camera quan sát, quy trình và hệ thống phòng cháy chữa cháy). Đối với nhóm tiêu chuẩn về chỉ số hiệu suất có ký hiệu tiêu chuẩn EN 50600 tham chiếu các KPI tiêu chuẩn hóa do ISO/IEC công bố trong phần 4 của bộ tiêu chuẩn. Điều này bảo đảm rằng các tiêu chuẩn toàn cầu thực sự phù hợp với nhau mà không bị trùng lặp hoặc nhầm lẫn về việc áp dụng phiên bản nào.

ITU đã công bố một dòng tiêu chuẩn có liên quan đến trung tâm dữ liệu. Trong đó có một số tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến trung tâm dữ liệu xanh như: ITU-T L.1300 (06/2014); ITU-T L.1301 (05/2015); ITU-T L.1303 (11/2018); ITU-T L.1310 (09/2020), ITU-T L.1310 (07/2010). Tiêu chuẩn bao gồm định nghĩa về các quy trình, phương pháp và hồ sơ đo lường hiệu quả năng lượng cần thiết để đánh giá hiệu quả năng lượng của thiết bị viễn thông. Các số liệu và phương pháp đo lường hiệu quả năng lượng được xác định cho thiết bị mạng viễn thông và thiết bị mạng.

Tại Mỹ, mức tiêu thụ điện của các trung tâm dữ liệu đạt 150 TWh, tương đương khoảng 3% tổng nhu cầu điện quốc gia. Theo một nghiên cứu gần đây của Viện Nghiên cứu điện năng - EPRI, các trung tâm dữ liệu có thể tiêu thụ tới 9% sản lượng điện của Hoa Kỳ vào năm 2030, gấp đôi mức sử dụng hiện tại, và dự kiến con số này sẽ còn tăng cao nữa. Phân tích của McKinsey cho thấy thị trường trung tâm dữ liệu tại Mỹ có thể tăng từ 25 GW vào năm 2024 lên hơn 80 GW vào năm 2030, chủ yếu do quá trình số hóa, dịch chuyển lên điện toán đám mây và sự mở rộng của các công nghệ như AI.

Tại Liên minh châu Âu, Chỉ thị 2023/1791 được ban hành ngày 13/9/2023 đã quy định, hàng năm các quốc gia thành viên sẽ yêu cầu chủ sở hữu và nhà điều hành trung tâm dữ liệu trên lãnh thổ của mình có công suất tiêu thụ điện năng cho CNTT được lắp đặt từ 500 kW trở lên phải cung cấp thông tin (chủ yếu về các chỉ số hiệu suất chính, mức tiêu thụ năng lượng, mức sử dụng điện, mức sử dụng nhiệt thải, mức sử dụng nước và việc sử dụng năng lượng tái tạo theo tiêu chuẩn CEN/CENELEC EN 50600-4. Đồng thời, EU sẽ thiết lập cơ sở dữ liệu châu Âu về các trung tâm dữ liệu bao gồm thông tin do các trung tâm dữ liệu cung cấp và đề xuất các biện pháp cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng, bao gồm thiết lập các tiêu chuẩn hiệu suất tối thiểu và đánh giá tính khả thi của quá trình chuyển đổi sang lĩnh vực trung tâm dữ liệu có lượng phát thải ròng bằng "0", với sự tham vấn chặt chẽ của các bên liên quan.

Nhiều quốc gia cũng từng bước siết chặt yêu cầu sử dụng năng lượng sạch cho các trung tâm dữ liệu, tiêu biểu như:

Ngay từ những năm đầu thế kỷ XXI, Trung Quốc đã quan tâm bố trí các trung tâm dữ liệu tại các căn hầm trên đồi cao lợi dụng thông gió trời tự nhiên nhằm giảm tiêu thụ năng lượng điện làm mát hệ thống máy chủ. Ngày 04/7/2021, Bộ Công nghiệp và Công nghệ thông tin (MIIT) của Trung Quốc đã ban hành Kế hoạch hành động phát triển các trung tâm dữ liệu mới, với yêu cầu cao về sử dụng năng lượng sạch. Trong đó, MIIT xác định trung tâm dữ liệu mới được định hướng hỗ trợ chuyển đổi số và khuyến khích phát triển xanh, ứng dụng công nghệ xanh, sản phẩm xanh và năng lượng sạch.

Tiếp đó, ngày 10/4/2023, Trung Quốc đã công bố tiêu chuẩn thử nghiệm “trung tâm dữ liệu xanh” (hiệu lực vào ngày 01/7/2023) với các yêu cầu cụ thể: PUE của trung tâm dữ liệu phải nhỏ hơn 1,4 kể từ tháng 6/2023 và nhỏ hơn 1,3 từ năm 2025 trở đi; tỉ lệ giữa lượng nước tiêu thụ hàng năm và lượng điện tiêu thụ hàng năm của thiết bị CNTT phải nhỏ hơn 2,5 L/kWh; năng lượng tái tạo phải chiếm tỉ lệ tăng dần trong tổng mức tiêu thụ năng lượng của trung tâm dữ liệu, từ mức 5% năm 2023; lên mức 30% năm 2025; 50% vào năm 2027; 75% năm 2030 và 100% vào năm 2032.

Năm 2023, Đức đã thông qua Đạo luật Hiệu quả năng lượng, tập trung vào việc quản lý năng lượng hiệu quả cho các trung tâm dữ liệu, bao gồm yêu cầu về PUE và sử dụng năng lượng tái tạo. Luật đặt ra các mục tiêu PUE cụ thể cho các trung tâm dữ liệu. “Trung tâm dữ liệu” theo định nghĩa trong Đạo luật này là các trung tâm dữ liệu có công suất kết nối nguồn điện chính từ 300kW trở lên (không tính nguồn dự phòng). Đức yêu cầu các trung tâm dữ liệu lớn có mức tiêu thụ năng lượng hàng năm vượt quá 15 GW giờ phải triển khai hệ thống quản lý năng lượng hoặc môi trường và ghi lại các biện pháp tiết kiệm năng lượng trong kế hoạch chi tiết và công bố chúng. Các trung tâm dữ liệu bắt đầu hoặc đã bắt đầu hoạt động (trước ngày 01/7/2026), mục tiêu phải đạt được chỉ số PUE trung bình hàng năm nhỏ hơn hoặc bằng 1,5 tính đến ngày 01/7/2027 và nhỏ hơn hoặc bằng lên 1,3 kể từ ngày 01/7/2030. Các trung tâm dữ liệu bắt đầu hoạt động từ ngày 01/7/2026 trở đi phải đạt PUE nhỏ hơn hoặc bằng 1,2. Các nhà vận hành trung tâm dữ liệu sẽ phải đáp ứng 50% lượng điện tiêu thụ từ ngày 01/01/2024 và 100% từ ngày 01/01/2027 bằng điện từ các nguồn tái tạo…

Singapore đã phát triển Tiêu chuẩn trung tâm dữ liệu xanh SS 564, dựa trên ISO 50001 về quản lý năng lượng nhưng được điều chỉnh phù hợp với nhu cầu địa phương. Tiêu chuẩn này cung cấp khuôn khổ và phương pháp để các trung tâm dữ liệu đạt được sự cải thiện liên tục về hiệu quả năng lượng và môi trường, đồng thời xác định bộ số liệu hiệu suất để theo dõi sự cải thiện và đưa ra các phương pháp thực hành tốt nhất trong quản lý thiết bị, cơ khí, công nghệ thông tin và thiết kế trung tâm dữ liệu. Chính phủ chỉ cấp phép cho các trung tâm dữ liệu có PUE ở mức 1,3 trở xuống. Năm 2023, Tập đoàn công nghệ và viễn thông Singtel của Singapore đã xây dựng trung tâm dữ liệu xanh DC Tuas, có mật độ năng lượng cao nhất và kết nối rộng rãi nhất tại Singapore.

Năm 2015, Ủy ban Truyền thông và Đa phương tiện (MCMC) của Malaysia đã ban hành tiêu chuẩn riêng về trung tâm dữ liệu xanh (MCMC MTSFB TC G004:2015), được cập nhật, bổ sung năm 2024. Tiêu chuẩn này xây dựng trên cơ sở tham khảo các tiêu chuẩn quốc tế: ISO 50001, EN 50600, ISO/IEC 22237-2, Khuyến nghị ITU-T L.1300, Khuyến nghị ITU-T L.1303, Khuyến nghị ITU-T L.1320, ANSI/TIA/EIA-942, SS 564-1. Tiêu chuẩn về trung tâm dữ liệu xanh cập nhật, bổ sung năm 2024 đưa ra Yêu cầu tối thiểu đối với trung tâm dữ liệu xanh: PUE đạt dưới 1,5; Nhiệt độ không khí cung cấp (SAT) từ 23°C đến 27°C; Độ ẩm tương đối (RHR) phải nằm trong khoảng từ 30% - 60%.

Cũng chỉ trong hai năm 2024 - 2025, nhà phát triển năng lượng tái tạo Invenergy có trụ sở tại Chicago (Mỹ) và gã khổng lồ mạng xã hội Meta Platforms đã ký kết 8 thỏa thuận cung cấp điện mặt trời và điện gió để vận hành các trung tâm dữ liệu.

Google đã đạt được mục tiêu "100% năng lượng tái tạo" từ năm 2017 (nghĩa là lượng điện tiêu thụ của họ được bù đắp hoàn toàn bằng năng lượng sạch đã mua). Google đặt mục tiêu vào năm 2030 sẽ bảo đảm các hoạt động và chuỗi giá trị của mình bằng 100% năng lượng không carbon (CFE) 24/7 ở mọi lưới điện nơi họ hoạt động. Năm 2024, Google đã ký các hợp đồng mua khoảng 4 GW công suất phát điện sạch và đầu tư vào năng lượng địa nhiệt và điện gió ngoài khơi ở Đài Loan.

Microsoft cũng có những mục tiêu trở thành âm carbon (carbon negative), dương nước (water positive) và không tạo ra chất thải vào năm 2030. Microsoft đã ký một thỏa thuận khung toàn cầu trị giá 10 tỉ USD với Brookfield để xây dựng 10.5 GW công suất năng lượng tái tạo mới từ gió và mặt trời từ năm 2026 đến 2030, bắt đầu từ Mỹ và châu Âu, với tiềm năng mở rộng sang châu Á - Thái Bình Dương, Ấn Độ và Mỹ Latinh.

Amazon đã đạt được mục tiêu cấp điện 100% bằng năng lượng tái tạo cho các hoạt động của mình vào năm 2023. Họ đã đầu tư vào hơn 240 dự án tiện ích công cộng mới (điện mặt trời và gió), đưa các nguồn năng lượng mới này vào lưới điện; đồng thời, cũng đã lắp đặt 270 dự án điện mặt trời tại chỗ trên các tòa nhà của mình, như trung tâm phân phối và cửa hàng Whole Foods Market. Amazon có kế hoạch đầu tư 20 tỉ AUD để mở rộng hạ tầng trung tâm dữ liệu ở Úc đến năm 2029, với ba trang trại năng lượng mặt trời mới sẽ hỗ trợ cho sự mở rộng này.

Tóm lại, nét đặc trưng nổi bật của các trung tâm dữ liệu xanh trên thế giới là yêu cầu cao về sử dụng tiết kiệm năng lượng và ngày càng nâng cao tỉ lệ sử dụng năng lượng tái tạo trong hoạt động của mình. Năng lượng xanh/ năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời, gió, địa nhiệt và thủy điện là chìa khóa để các trung tâm dữ liệu phát triển một cách bền vững, giúp không chỉ giảm thiểu được lượng khí thải carbon mà còn góp phần bảo vệ tài nguyên thiên nhiên.

2. Một số gợi ý cho Việt Nam

Ở Việt Nam, thực tế ngày càng ghi nhận sự phát triển của AI, điện toán đám mây và các dịch vụ số, cũng như các trung tâm dữ liệu lớn của các doanh nghiệp viễn thông, ngân hàng và tập đoàn công nghệ trong nước đang mở rộng quy mô và tạo ra áp lực lớn lên hệ thống hạ tầng điện tại Việt Nam. Viettel IDC đang đầu tư mạnh vào trung tâm dữ liệu đạt chuẩn quốc tế, đồng thời tìm kiếm các giải pháp năng lượng bền vững để giảm thiểu tác động môi trường.

Trên hành trình hướng tới cam kết giảm phát thải ròng carbon bằng "0" vào năm 2025, Việt Nam cũng đang từng bước đồng bộ cơ sở pháp lý cho việc xây dựng các trung tâm dữ liệu xanh; cụ thể: Luật Viễn thông năm 2023 đã quy định chính sách của nhà nước về viễn thông: "Tạo điều kiện cho tổ chức, cá nhân thuộc các thành phần kinh tế tham gia đầu tư, kinh doanh viễn thông để phát triển cơ sở hạ tầng viễn thông băng rộng phổ cập, trung tâm dữ liệu, điện toán đám mây theo hướng bền vững, hiện đại; hình thành hạ tầng số đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế số, xã hội số, góp phần bảo đảm quốc phòng, an ninh và nâng cao chất lượng cuộc sống của Nhân dân".

Tại Quyết định số 36/QĐ-TTg ngày 11/01/2024 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Quy hoạch hạ tầng thông tin và truyền thông thời kỳ 2021 - 2030, tầm nhìn đến 2050 đã đưa ra yêu cầu phát triển đến năm 2025 đối với trung tâm dữ liệu xanh như sau: “Trung tâm dữ liệu đạt tiêu chuẩn xanh theo các tiêu chuẩn quốc tế, trong đó, PUE của trung tâm dữ liệu được đầu tư xây dựng mới không vượt quá 1,4”.

Quy hoạch cũng đưa ra định hướng phát triển Hạ tầng trung tâm dữ liệu và điện toán đám mây theo hướng: “Hình thành các trung tâm dữ liệu quy mô lớn, theo tiêu chuẩn xanh, bám sát quy hoạch vùng năng lượng; bảo đảm các trung tâm dữ liệu được kết nối đồng bộ, dữ liệu liên thông và có khả năng dự phòng lẫn nhau, thúc đẩy phát triển công nghiệp dữ liệu lớn; nâng cao hiệu suất và khai thác hiệu quả các trung tâm dữ liệu hiện có”.

Tuy nhiên, Việt Nam hiện chủ yếu tập trung vào an toàn thông tin và hạ tầng kỹ thuật, mà chưa có tiêu chuẩn cụ thể về phát triển trung tâm dữ liệu xanh, cũng như chưa có chính sách ưu đãi, khuyến khích xây dựng và vận hành các dự án đầu tư trung tâm dữ liệu xanh.

Trong bối cảnh đó, để phát triển trung tâm dữ liệu xanh thời gian tới, Việt Nam cần sớm xây dựng, ban hành các tiêu chuẩn đối với trung tâm dữ liệu xanh tiệm cận các tiêu chuẩn quốc tế được áp dụng phổ biến, trước hết là các tiêu chuẩn quốc tế; xây dựng cơ chế chứng nhận, công nhận trung tâm dữ liệu xanh; đồng thời, khuyến khích mua bán điện trực tiếp giữa đơn vị phát điện năng lượng tái tạo và các trung tâm dữ liệu; tiếp tục hoàn thiện các chính sách ưu đãi đầu tư nhằm khuyến khích doanh nghiệp đầu tư vào công nghệ xanh…

Đặc biệt, Việt Nam cần tận dụng ưu thế người đi sau trong việc học hỏi các kinh nghiệm các quốc gia đi trước về phát triển và sử dụng năng lượng tái tạo, như điện mặt trời và điện gió, cũng như đặt trung tâm dữ liệu gần các nguồn năng lượng lớn và tại những vùng đất có khí hậu mát quanh năm; tăng ứng dụng các công nghệ tiến tiến phù hợp, như sử dụng phần cứng hiện đại, chẳng hạn như bộ xử lý (CPU) và chip tăng tốc AI (GPU, TPU) thế hệ mới; làm mát bằng chất lỏng và hệ thống làm mát kiểu bay hơi; thay thế ổ cứng truyền thống (HDD) bằng ổ cứng thể rắn (SSD) giúp tăng tốc độ xử lý dữ liệu, tiết kiệm năng lượng, giảm nhiệt lượng tỏa ra và chiếm ít không gian hơn. Việc tích hợp AI và học máy (ML) vào quản lý trung tâm dữ liệu giúp nâng cao hiệu quả năng lượng, cho phép bảo trì dự đoán và quản lý năng lượng động, tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng cho toàn bộ trung tâm dữ liệu; ảo hóa và hợp nhất máy chủ (cho phép nhiều môi trường máy chủ hoạt động trên một máy chủ vật lý duy nhất, giảm đáng kể số lượng máy chủ vật lý và do đó giảm yêu cầu tổng thể về năng lượng và làm mát của trung tâm dữ liệu. Hợp nhất máy chủ liên quan đến việc tập trung nhiều công việc vào một số ít máy chủ mạnh mẽ, thay vì phân tán nguồn lực vào nhiều máy chủ nhỏ lẻ, sẽ giúp tối đa hóa việc sử dụng tài nguyên, từ đó giảm thiểu đáng kể lãng phí năng lượng và chi phí vận hành).

Thách thức lớn nhất trong việc áp dụng công nghệ xanh trong các trung tâm dữ liệu là chi phí ban đầu cao và khả năng tương thích với cơ sở hạ tầng, đặc biệt là với các cơ sở cũ. Để khuyến khích các trung tâm dữ liệu chuyển đổi sang sử dụng năng lượng xanh, cần xây dựng những chính sách hỗ trợ, như giảm thuế hoặc hỗ trợ tài chính để giúp các trung tâm dữ liệu trang bị các thiết bị và công nghệ mới, tiết kiệm chi phí lớn ban đầu.

Ngoài ra, các trung tâm dữ liệu cũ có thể nâng cấp theo từng giai đoạn và triển khai công nghệ mô-đun. Thay vì thay đổi toàn bộ hệ thống cùng một lúc, các trung tâm này có thể lắp đặt các thiết bị mới theo từng mô-đun, giống như lắp ghép các khối Lego. Cách làm này giúp giảm chi phí và giảm thiểu ảnh hưởng đến hoạt động của trung tâm dữ liệu…

Tài liệu tham khảo:

1. https://vjst.vn/phat-trien-trung-tam-du-lieu-xanh-va-de-xuat-cho-viet-nam-65038.html

2. https://1thegioi.vn/cac-trung-tam-du-lieu-day-manh-dung-nang-luong-sach-234211.html

3. https://www.evn.com.vn/d6/news/Trung-tam-du-lieu-xanh-Tuong-lai-ben-vung-cho-ky-nguyen-so-100-635-126096.aspx#:~:text=Vai%20tr%C3%B2%20c%E1%BB%A7a%20n%C4%83ng%20l%C6%B0%E1%BB%A3ng,%C4%91%E1%BB%81%20b%E1%BA%A3o%20v%E1%BB%87%20m%C3%B4i%20tr%C6%B0%E1%BB%9Dng.