Cơn khát không đáy của AI: Các trung tâm dữ liệu có thể tiêu thụ tới 6,6 tỷ mét khối nước vào năm 2027

#FT

https://www.ft.com/content/65fff689-bd47-4c15-bdb8-083e5ccd84dc

Big Tech chịu áp lực phải hành động trước cơn khát nước của các trung tâm dữ liệu
Những lời kêu gọi xem xét lại việc sử dụng một nguồn tài nguyên khan hiếm để làm mát các cơ sở quá nóng đang gia tăng ở Mỹ

Một hệ thống làm mát bằng chất lỏng đang được lắp đặt trên một dãy tủ trung tâm dữ liệu của Equinix © Behnam Barghabany

Patrick Temple-West

Nhu cầu bùng nổ đối với các công cụ trí tuệ nhân tạo (AI), được thúc đẩy nhanh chóng bởi sự phát triển của AI tạo sinh, đang gây áp lực ngày càng lớn lên nguồn cung cấp nước để làm mát cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin hỗ trợ cho công nghệ này. Hiện nay, các công ty vận hành những trung tâm dữ liệu này đang đối mặt với các lời kêu gọi phải làm cho các cơ sở hoạt động hiệu quả hơn và phải chịu sự giám sát chặt chẽ hơn.

Tại Mỹ, các nhà lập pháp bang Virginia đã thông qua một dự luật nhằm giải quyết vấn đề sử dụng nước của các trung tâm dữ liệu. Dự luật này sẽ cho phép các chính quyền địa phương yêu cầu các trung tâm dữ liệu phải nộp ước tính về mức sử dụng nước như một phần của các yêu cầu xây dựng. Virginia hiện là nơi có một trong những cụm trung tâm dữ liệu lớn nhất thế giới, phục vụ cho các công ty như Amazon, Google và Microsoft.

Dự luật này, hiện đang chờ được phê duyệt hoặc bị phủ quyết bởi Thống đốc Glenn Youngkin, phản ánh mối lo ngại của cử tri về việc các trung tâm dữ liệu làm cạn kiệt nguồn nước địa phương. Mạng lưới Bảo tồn Virginia (Virginia Conservation Network), một tổ chức phi lợi nhuận về môi trường, lập luận vào tháng 2 rằng bang Virginia hiện không có sự giám sát pháp lý nào đối với việc phát triển trung tâm dữ liệu và cho rằng bang nên thu thập thêm thông tin về việc sử dụng nước của các trung tâm này để có thể lên kế hoạch tốt hơn.

“Các trung tâm dữ liệu của một công ty công nghệ lớn có thể tiêu thụ hàng tỷ lít nước mỗi năm, trong một số trường hợp tương đương với lượng nước tiêu thụ của các công ty đồ uống lớn,” Shaolei Ren, phó giáo sư về kỹ thuật điện và máy tính tại Đại học California Riverside, cho biết. Ông ước tính rằng nhu cầu xử lý AI trên toàn cầu sẽ tiêu thụ từ 4,2 tỷ đến 6,6 tỷ mét khối nước được lấy từ các nguồn nước ngầm hoặc nước mặt vào năm 2027.

4,2 tỷ – 6,6 tỷ mét khối
Ước tính lượng nước cần thiết trên toàn cầu cho xử lý AI vào năm 2027

Sự lo ngại của công chúng về việc ai đang sử dụng nước và cho mục đích gì đã gia tăng kể từ khi tình trạng hạn hán ảnh hưởng đến Virginia và các khu vực khác của Mỹ vào năm 2024. Theo Cơ quan Quản lý Khí quyển và Đại dương Quốc gia (NOAA), cơ quan khí hậu của Mỹ, gần như tất cả các bang của Mỹ đều trải qua tình trạng khô hạn bất thường.

Những đợt hạn hán kéo dài và nghiêm trọng hơn ở Mỹ đặt ra nguy cơ gián đoạn hoạt động cho các trung tâm dữ liệu, theo một báo cáo của ngân hàng đầu tư Jefferies vào năm ngoái.

Việc ban hành luật, hoặc nguy cơ phải tuân theo luật, cùng với mối quan tâm của công chúng về việc sử dụng nước đã khiến một số công ty phải hành động. Tại Equinix, một công ty vận hành trung tâm dữ liệu lớn của Mỹ, tình trạng sẵn có của nguồn nước đã được cân nhắc khi quyết định vị trí xây dựng các cơ sở.

Công ty cho biết lượng nước tiêu thụ của các trung tâm dữ liệu trong năm 2023 tương đương với lượng nước mà một thị trấn nhỏ của Mỹ tiêu thụ hàng năm. Khoảng 60% lượng nước đó bốc hơi và 40% được đưa vào hệ thống xử lý nước thải địa phương.

“Chúng tôi liên tục theo dõi những gì đang diễn ra từ góc độ quy định,” Christopher Wellise, phó chủ tịch phụ trách phát triển bền vững tại Equinix, cho biết. Các kỹ thuật làm mát tại các cơ sở của công ty bao gồm giữ nhiều nước hơn trong hệ thống vòng kín.

“Nếu chuyển từ hệ thống làm mát bay hơi truyền thống sang hệ thống làm mát vòng kín, nhu cầu sử dụng nước sẽ giảm đáng kể,” ông giải thích. Làm mát bay hơi là phương pháp dẫn nước lạnh qua các vật liệu quá nóng và thải hơi nước vào không khí. Tuy nhiên, trong hệ thống vòng kín, nước được giữ lại trong cấu trúc để tái sử dụng.

Sự gia tăng của AI đã làm gia tăng các lời kêu gọi hành động. Các trung tâm dữ liệu xử lý khối lượng công việc AI thực hiện các tác vụ xử lý dữ liệu phức tạp hơn và cần lượng điện năng cao hơn từ 6 đến 10 lần so với các trung tâm dữ liệu thông thường có cùng quy mô, theo Noman Bashir, một chuyên gia về điện toán và tác động khí hậu tại Liên minh Khí hậu và Bền vững của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), một liên minh giữa ngành công nghiệp và học thuật.

Ông cũng lưu ý rằng các nỗ lực sử dụng các hỗn hợp làm mát thay thế nước đang dần bị loại bỏ vì các chất lỏng được sử dụng “được phát hiện là rất độc hại” — điều này có nghĩa là phải quay trở lại sử dụng nước.

Vào tháng 8/2024, Microsoft đã công bố một thiết kế trung tâm dữ liệu mới, trong đó không làm mất nước do bay hơi khi làm mát. Công ty công nghệ này cho biết có thể tiết kiệm hơn 125 triệu lít nước mỗi năm cho mỗi cơ sở.

"Ngay cả các trung tâm dữ liệu có mức sử dụng nước trung bình tương đối thấp cũng có thể gây căng thẳng cho cơ sở hạ tầng địa phương."
— Shaolei Ren, UC Riverside

Việc tìm kiếm các công nghệ tiết kiệm nước có thể đang được thực hiện, nhưng “chỉ dựa vào đổi mới để giải quyết thách thức này không nhất thiết là đủ, ít nhất là trong ngắn hạn,” Christelle Khalaf, phó giám đốc trung tâm nghiên cứu tài chính chính phủ tại Đại học Illinois ở Chicago, cho biết. Điều đó có nghĩa là các chính phủ cần phải can thiệp, bà lập luận, bằng cách đưa ra các quy định và hướng dẫn về địa điểm xây dựng để hướng dẫn các trung tâm dữ liệu mới đến những khu vực có nguồn nước dồi dào hơn.

“Khi có nhiều cơ sở hơn được xây dựng, nguy cơ cạnh tranh với cộng đồng, nông nghiệp và công nghiệp để giành lấy các nguồn tài nguyên nước có hạn sẽ gia tăng,” Ren của UC Riverside cho biết. “Ngay cả các trung tâm dữ liệu có mức sử dụng nước trung bình tương đối thấp cũng có thể gây căng thẳng cho cơ sở hạ tầng địa phương do nhu cầu nước đỉnh điểm của chúng.”

Một số nhà khai thác trung tâm dữ liệu hiện đang tìm kiếm các địa điểm có nguồn nước ổn định hơn. Một trung tâm dữ liệu của Equinix ở Toronto, chẳng hạn, lấy nước lạnh từ độ sâu trong hồ Ontario, giúp giảm một nửa nhu cầu năng lượng của cơ sở này mà không làm tăng mức tiêu thụ nước.

Big Tech under pressure to act on data centres’ thirst for water
Calls for a rethink on taking a scarce resource to cool overheated facilities are growing in the US
A liquid cooling system being installed on a row of Equinix data centre cabinets © Behnam Barghabany

Patrick Temple-West

Booming demand for artificial intelligence tools, accelerated by the uptake of generative AI, is putting an increasing strain on water supplies to cool the IT infra­structure underpinning the technology. Now, the companies operating these data centres are facing calls to make the facilities much more efficient and subject to greater regulation.
In the US, Virginia state legislators have advanced a bill aimed at addressing data centres’ water use. The bill would authorise municipalities to require centres to submit water use estimates as part of building requirements. Virginia is currently home to one of the world’s biggest concentrations of data centres, used by companies such as Amazon, Google and Microsoft.
The bill, which is waiting for approval or veto from governor Glenn Youngkin, reflects voters’ concerns about data centres draining local water resources. The Virginia Conservation Network, an environmental non-profit organisation, argued in February that the state of Virginia has no regulatory oversight of data centre development and that it should collect more information about their water usage in order to plan better.
“A major tech company’s data centres can consume many billions of litres of water annually, in some cases rivalling the water consumption of major beverage companies,” says Shaolei Ren, an associate professor in electrical and computer engineering at the University of California Riverside. He estimates that global demand for AI processing will consume 4.2bn-6.6bn cubic metres of water abstracted from ground or surface sources in 2027.
4.2bn-6.6bn cubic metres
Estimated abstraction of water needed globally for AI processing in 2027
Public anxiety about who is using water and for what purpose has grown since drought conditions affected Virginia and other parts of the US in 2024. Nearly every US state experienced abnormally dry conditions, according to the National Oceanic and Atmospheric Administration, the US climate agency.
Longer and exceptional droughts in the US pose risks of operational disruption to data centres, investment bank Jefferies said in a report last year.
Legislation, or the threat of it, and public concern about water use, has prompted some companies to take action. At Equinix, a big US data centre operator, water availability has been taken into account when deciding site locations.
The company says its data centres’ water use in 2023 was similar to that of a small US town annually. About 60 per cent of that water evaporated and 40 per cent went into the local wastewater system.
A network of metal pipes, valves, and thick insulated hoses in an industrial data center’s cooling system
Liquid cooling at Equinix facilities © Behnam Barghabany
“We’re constantly monitoring what’s happening from a regulatory perspective,” says Christopher Wellise, vice-president of sustainability at Equinix. Cooling techniques at its facilities include keeping more of the water in a closed loop.
“If you shift from traditional evaporative cooling to closed-loop cooling, you’re going to significantly reduce the need for water,” he explains. Evaporative cooling runs cold water between overheating materials and discharges the steam into open air. But in a closed-loop system, the water stays within the structure for reuse.
More stories from this report
Extreme rainfall puts cities on alert
Trump backlash adds to challenges for California water policymakers
Pollution-busters look to AI for better speed and accuracy
How a glass of recycled sewage helps on water shortages
Beijing faces pushback over ambitious hydropower project plans
The rise of AI has intensified the calls for action. Data centres that handle AI workloads do more intense processing and require six to 10 times more power than conventional data centres of similar size, says Noman Bashir, an expert in computing and climate impact at Massachusetts Institute of Technology’s Climate and Sustainability Consortium, an industry and academia collaboration.
He also notes that efforts to use cooling mixtures as an alternative to water are fading because the liquids used “have been found to be very toxic” — which means a return to water.
In August 2024, Microsoft announced a new design for data centres that would involve losing no water to evaporation when used for cooling. The tech company could save more than 125mn litres of water per year per facility, it said.
Even data centres with relatively low average water use can strain local infrastructure
Shaolei Ren, UC Riverside
The search may be on for water-saving technologies, but “relying on innovation alone to solve this challenge is not necessarily enough, at least in the short run”, says Christelle Khalaf, assoc­iate director of the government finance research centre at the University of Illinois in Chicago. That means governments stepping in, she argues, with regulation and siting guidelines to direct new data centres to places where water resources are less scarce.
“As more facilities are built, they risk competing with communities, agriculture, and industry for limited water resources,” UC Riverside’s Ren says. “Even data centres with relatively low average water use can strain local infrastructure due to their high peak water demand.”
Some data centre operators are already looking for locations with more reliable water supplies. One Equinix data centre in Toronto, for instance, pulls cold water from deep in Lake Ontario, which it says has cut the facility’s energy needs by half without increasing water consumption.