Capacity khám phá cách cuộc đua đáp ứng nhu cầu kỹ thuật số tăng cao đang định hình lại thiết kế trung tâm dữ liệu
Nhu cầu ngày càng tăng đối với các dịch vụ kỹ thuật số - bao gồm mọi thứ từ điện toán đám mây đến khối lượng công việc AI - đã thúc đẩy sự bùng nổ xây dựng trong ngành trung tâm dữ liệu khi các công ty chạy đua mở rộng năng lực để đáp ứng nhu cầu toàn cầu không ngừng tăng.
Ví dụ, Microsoft có kế hoạch đầu tư 80 tỷ đô la vào các trung tâm dữ liệu tập trung vào AI chỉ tính riêng trong năm 2025, một nửa số tiền đó được phân bổ cho các dự án tại Hoa Kỳ. Tương tự như vậy, SoftBank của Nhật Bản có tham vọng rót 100 tỷ đô la vào cơ sở hạ tầng AI trên khắp Hoa Kỳ trong bốn năm tới.
Sự tăng trưởng bùng nổ này được phản ánh trong dự báo rằng thị trường trung tâm dữ liệu có thể tăng vọt lên mức định giá 483 tỷ đô la vào năm 2029, theo ước tính của DLA Piper và TMT Finance.
Tuy nhiên, quy mô của khoản đầu tư này đi kèm với những thách thức đáng kể. Các trung tâm dữ liệu nổi tiếng là tốn nhiều tài nguyên, tiêu thụ một lượng lớn năng lượng và chiếm không gian vật lý đáng kể.
Quỹ Jack Kemp, một tổ chức nghiên cứu của Hoa Kỳ, ước tính rằng một truy vấn ChatGPT duy nhất đòi hỏi năng lượng gấp khoảng 10 lần so với tìm kiếm Google thông thường, với nhu cầu tăng cao có khả năng đẩy hóa đơn tiền điện của người tiêu dùng và doanh nghiệp nhỏ lên tới 70% trong vòng năm năm tới.
Capacity nghiên cứu cách các nhà điều hành trung tâm dữ liệu và công ty xây dựng xử lý áp lực kép khi phải mở rộng quy mô nhanh chóng để đáp ứng nhu cầu trong khi vẫn đảm bảo các dự án của họ được xây dựng bền vững.
Sống trong thế giới vật chất
Một luồng suy nghĩ ngày càng phổ biến là hoạt động của các trung tâm dữ liệu là nguyên nhân chính gây ra phát thải năng lượng của một địa điểm. Tuy nhiên, việc xây dựng các cơ sở mới cũng có thể bẩn như hoạt động của chúng.
Thép được sử dụng trong các trung tâm dữ liệu phần lớn có nguồn gốc từ quặng sắt, được tạo ra bằng quy trình gọi là lò cao - lò oxy cơ bản hay BF-BOF, theo truyền thống sử dụng lò đốt than.
Ngoài ra còn có bê tông, làm từ xi măng, sử dụng lò nung lớn chạy bằng lượng lớn nhiên liệu hóa thạch. Số liệu từ công ty kiến trúc Gensler cho thấy đối với các trung tâm dữ liệu, bê tông có thể chiếm tới 80% lượng khí thải carbon tích hợp của một địa điểm.
Dale Crawford, giám đốc điều hành tại Viện Ống thép, chia sẻ với Capacity rằng vì tuổi thọ của một trung tâm dữ liệu có thể chỉ từ 10 đến XNUMX năm nên các nhà phát triển cần phải cẩn thận với các vật liệu mà họ sử dụng để đánh giá chính xác tính bền vững của một địa điểm.
“Chỉ có 15% chất thải gỗ được tái chế, nhưng 98% thép kết cấu được tái sử dụng hoặc tái chế khi kết thúc vòng đời của tòa nhà, mà không làm giảm chất lượng hoặc hợp kim của nó”, Crawford cho biết. “Tương tự như vậy, ống dẫn thép dễ tách rời và là vật liệu được tái chế nhiều nhất trên thế giới, với 60 đến 80 triệu tấn phế liệu thép được tái chế mỗi năm”.
Về mặt bê tông, các công ty như Eco Material Technologies sử dụng pozzolan, hoặc xi măng dạng bột mịn thay thế, để cung cấp hỗn hợp bê tông có hàm lượng carbon giảm đáng kể. Công ty lấy các sản phẩm thải như tro bay từ các nhà máy than, xử lý chúng bằng Hệ thống ES Efficient Carbon Offloading (ECO) của mình, sau đó sử dụng chúng để sản xuất xi măng bền, cường độ cao có hàm lượng carbon ít hơn nhiều so với xi măng Portland thông thường.
Các sản phẩm của Eco Material có mặt tại khoảng một nửa số trung tâm dữ liệu được xây dựng tại Hoa Kỳ và đang được sử dụng trong việc xây dựng các dự án như nhà máy chip mới của TSMC tại Arizona, bệ phóng SpaceX tại Texas và cơ sở chế tạo pin và chất bán dẫn của Samsung tại Taylor, Texas.
Grant Quasha, Tổng giám đốc điều hành của Eco Material Technologies, cho biết một số công ty đã "nhảy vào" các chi tiết nhỏ hơn để cố gắng giảm cường độ phát thải của các công trình xây dựng này.
Quasha giải thích rằng trong khi một số công ty xây dựng “mơ hồ” về thành phần của bê tông thì các nhà phát triển và người dùng cuối như những người trong không gian trung tâm dữ liệu lại có ý thức theo dõi chặt chẽ chuỗi cung ứng của họ.
Ông nói thêm: “Các công ty như Meta có các nhóm đang thử nghiệm tất cả các vật liệu tiên tiến này theo các công thức khác nhau để xác định thiết kế kết hợp tối ưu nhằm tạo ra các trung tâm dữ liệu của họ”.
Các trung tâm dữ liệu mới xây dựng có ý thức bảo vệ môi trường có thể áp dụng các sản phẩm như xi măng xanh PozzoSlag của Eco Material để thay thế 50 đến 60% xi măng và bê tông, giúp tăng gấp đôi lượng khí thải tiết kiệm được so với việc sử dụng vật liệu xi măng bổ sung truyền thống.
Quasha tiết lộ rằng PozzoSlag của Eco Material có giá tương đương với xi măng Portland, nhưng lại thải ra ít carbon hơn nhiều trong quá trình xây dựng.
Xử lý khí thải Phạm vi 3 bằng thiết kế thông minh hơn
Một nhà điều hành trung tâm dữ liệu luôn ý thức được lượng khí thải Phạm vi 3 của mình - lượng khí thải không phải do chính công ty tạo ra mà thông qua chuỗi cung ứng - là Compass Datacenters.
Nancy Novak, giám đốc đổi mới sáng tạo của Compass, cho biết điều quan trọng đối với công ty là xem xét tác động môi trường của toàn bộ chuỗi cung ứng chứ không chỉ riêng hoạt động của một cơ sở.
“Môi trường xây dựng, tức là mọi thứ liên quan đến thế giới xây dựng, về mặt danh nghĩa chiếm 45 đến 50% tổng lượng khí thải nhà kính trên toàn cầu”, Novak giải thích. “Trong số đó, khoảng 12 đến 15% chỉ là để thực hiện một dự án, phần còn lại là để bảo trì, vận hành và nâng cấp các cơ sở.
“Trong ngành trung tâm dữ liệu, giống như việc sơn một con tàu — cứ ba năm, bạn sẽ phải thay đổi quy mô, nâng cấp và đến khi bàn giao những không gian dữ liệu cuối cùng, bạn đã bắt đầu tân trang và nâng cấp bằng các công nghệ mới.”
Là một phần trong nỗ lực của mình, Novak và nhóm Compass đã tỉ mỉ cố gắng đo lường phạm vi 3 của cơ sở, một phương pháp giúp cải thiện tính bền vững từ 18 đến 19% bằng cách thay đổi các hoạt động bên ngoài cơ sở.
“Chúng tôi đang tìm hiểu sâu về từng đối tác trong chuỗi cung ứng của mình và xem xét các hoạt động của họ để có thể theo dõi lượng khí thải carbon, sau đó so sánh với các tiêu chuẩn của ngành để có thể nói một cách thực nghiệm rằng đây là vị trí hiện tại của chúng tôi, đây là điểm chúng tôi có thể cải thiện và đây là lý do tại sao cách này tốt hơn nhiều so với cách thực hiện truyền thống.”
Bên cạnh những nỗ lực bền vững của Compass, Novak nhấn mạnh tầm quan trọng của việc sản xuất ngoài cơ sở và phương pháp chế tạo sẵn dựa trên linh kiện.
Bằng cách tận dụng chuỗi cung ứng của mình, Compass có thể tạo ra các thiết kế trung tâm dữ liệu mô-đun có khả năng tùy chỉnh cao, phù hợp với nhu cầu sản xuất, do đó cải thiện hiệu suất môi trường tổng thể so với các thiết kế truyền thống.
Novak giải thích: “Khi bạn nhìn vào thiết kế của chúng tôi, chúng tôi có toàn bộ sân thiết bị, từ các bức tường không khí, bao gồm các bức tường không khí lai giữa nước và không khí, cũng như máy phát điện, trung tâm điện và toàn bộ cấu trúc của chúng tôi, cùng với các khoang chứa, để đưa mọi thứ vào môi trường bên ngoài.”
Tuy nhiên, tính bền vững không chỉ dừng lại ở việc tập trung vào thiết bị, Novak nhấn mạnh vào cách tiếp cận toàn diện đối với thiết kế. Việc tập hợp một nhóm đa dạng giúp thúc đẩy thiết kế tiến xa hơn nữa.
Novak cho biết: “Cách tiếp cận toàn diện này mang lại cho chúng tôi lực lượng lao động đa dạng hơn, lực lượng lao động an toàn hơn và lực lượng lao động chất lượng cao hơn”. “Và vì khả năng lặp lại trong các không gian cơ khí, điện và hệ thống ống nước chính trong một trung tâm dữ liệu, bạn có thể giảm chi phí nhờ quy mô kinh tế. Đó là chiến lược lớn nhất mà Compass từng có và đã cực kỳ thành công với chuỗi cung ứng gắn kết chặt chẽ của chúng tôi”.
Giữ mát: Vai trò của hệ thống không khí
Một số trung tâm dữ liệu sử dụng hệ thống làm mát bằng không khí thay vì chất lỏng để giảm lượng nhiệt lớn tỏa ra từ các máy chủ liên tục chạy.
Theo Hướng dẫn của Vertiv về hệ thống làm mát trung tâm dữ liệu, nhiệt độ hoạt động lý tưởng cho các cơ sở này thường nằm trong khoảng từ 70 đến 75°F (21 đến 24°C).
Để kiểm soát nhiệt độ, Tony Abate, Phó chủ tịch kiêm Giám đốc công nghệ tại AtmosAir Solutions, cho biết các nhà khai thác cần sử dụng các công nghệ sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) hiệu quả và bền vững.
“Các trung tâm dữ liệu phải đưa một lượng lớn không khí bên ngoài vào để làm mát các tòa nhà và ngăn chặn ‛nhiệt độ chết người', có thể làm hỏng các thành phần và dẫn đến hỏng hóc”, Abate nói với Capacity. “Không khí bên ngoài này cần được lọc để loại bỏ bụi bẩn, phấn hoa và các chất gây ô nhiễm do cháy — các hạt có thể tích tụ trên các bộ lọc thiết bị và bộ tản nhiệt, làm giảm hiệu quả làm mát và tăng nhiệt độ hoạt động”.
Một giải pháp mà Abate nhấn mạnh là ion hóa lưỡng cực (BPI), một công nghệ làm sạch không khí tương đối mới có thể giúp kéo dài tuổi thọ của thiết bị trung tâm dữ liệu.
Abate giải thích: “Những hệ thống này trung hòa điện tích tĩnh, có thể gây hại cho thiết bị điện tử nhạy cảm và giảm lượng không khí bên ngoài cần thiết. Điều này làm giảm mức sử dụng năng lượng và lượng khí thải nhà kính, giúp các trung tâm dữ liệu thân thiện hơn với môi trường”.
Ngoài ra, công nghệ BPI còn cải thiện chất lượng không khí trong nhà bằng cách giữ cho không khí bên trong các cơ sở luôn trong lành. “Ống BPI giúp đảm bảo các cơ sở hoạt động hết công suất, bảo vệ thiết bị điện tử đồng thời giảm thiểu việc sử dụng năng lượng HVAC, nếu không có thể làm tăng lượng khí thải nhà kính”, Abate nói thêm.
Tính bền vững trong hành động: Bài học từ LuxConnect
Một nhà điều hành châu Âu đặt tính bền vững lên hàng đầu trong các cơ sở của mình là LuxConnect, một công ty trung tâm dữ liệu có trụ sở tại Luxembourg.
Nhà điều hành này có cấu trúc không chính thống so với hầu hết các nhà điều hành trung tâm dữ liệu khác ở chỗ nó được thành lập bởi chính phủ Luxembourg — nhưng mặc dù thuộc sở hữu nhà nước, đây là một công ty do tư nhân quản lý.
Paul Konsbruck, Tổng giám đốc điều hành của LuxConnect, chia sẻ với Capacity rằng mô hình kết hợp này cho phép công ty ưu tiên các dự án bền vững mà không phải chịu áp lực lợi nhuận ngắn hạn như các nhà khai thác tư nhân.
Ngay từ đầu, LuxConnect chỉ sử dụng năng lượng tái tạo để cung cấp năng lượng cho các cơ sở của mình, chủ yếu lấy nguồn điện từ các nước Bắc Âu như Phần Lan và Na Uy, bao gồm thủy điện và năng lượng gió, như một phần của chính sách ‛thấp hoặc không phát thải'.
Nhưng thay vì chỉ tập trung vào việc chuyển sang năng lượng tái tạo như một cách để làm cho các trung tâm dữ liệu xanh hơn, Konsbruck cho biết ngay cả một việc đơn giản như giảm nhiệt độ phòng máy chủ xuống một hoặc hai độ cũng có thể "giảm đáng kể" mức tiêu thụ năng lượng.
Nhóm LuxConnect cũng đang nỗ lực sáng tạo để giảm thiểu nhiệt thải, biến sản phẩm phụ thành nguồn tài nguyên có giá trị.
Ví dụ, công ty đã hợp tác với các dự án phát triển địa phương để tái sử dụng nhiệt thải cho các dự án gần đó, chẳng hạn như sưởi ấm các ngôi nhà và căn hộ dành cho người cao tuổi sắp xây dựng. Nhà điều hành cũng sử dụng Kiowatt, một nhà máy đồng phát điện gần đó, để biến gỗ thải từ đồ nội thất thành điện.
Konsbruck giải thích: “Nhà máy đốt gỗ thải, do đó nhiệt thường thải ra khí quyển sẽ được đưa vào lưới điện của khu vực kinh doanh gần đó, một phần nhiệt do tuabin tạo ra được sử dụng để sấy gỗ tươi để sản xuất viên gỗ, sau đó 65% nhiệt còn lại được chuyển thành nước lạnh, sau đó được vận chuyển qua mạng lưới ngầm trở lại trung tâm dữ liệu.”
Đây là một quá trình phức tạp, nhưng theo CEO LuxConnect, đây là một trong những điều khiến công ty tự hào, vì nó giúp giảm tổng lượng khí thải CO2 của Luxembourg ước tính khoảng 27,000 tấn mỗi năm, cũng như giúp nhà điều hành tiết kiệm một khoản tiền.
Konsbruck cho biết những nỗ lực tại LuxConnect chứng minh rằng tính bền vững và lợi nhuận của trung tâm dữ liệu không loại trừ lẫn nhau, khi công ty này muốn đi đầu bằng cách làm gương.
“Nếu bạn muốn thuyết phục những người khác trên thị trường trở nên bền vững nhất có thể, bạn nên tự mình bắt đầu”, ông nói. “Chúng tôi sẽ tiếp tục làm như vậy để cho những người khác thấy rằng thực sự có thể có lợi nhuận một mặt nhưng cũng có cam kết mạnh mẽ đối với tính bền vững mặt khác”.