Khi nhiều ngành công nghiệp đình trệ giữa đại dịch Covid-19, lượng khí thải phát ra từ các nhà máy sản xuất đã giảm đáng kể, tuy nhiên, lưu lượng truy cập Internet lại tăng đột biến và kéo theo vấn đề khác.
Theo Giáo sư Vật lý Michael Fuhrer, Đại học Monash, dịch vụ xem phim online, chơi game, họp trực tuyến, lớp học qua Internet của các trường đại học, cao đẳng đang “ngốn” rất nhiều năng lượng.
 |
| Xem phim online cũng tiêu tốn mức năng lượng lớn. Ảnh: Unsplash. |
Khó đưa ra ước tính chính xác vì còn phụ thuộc vào nguồn điện, nhưng về cơ bản, 6 giờ xem video trực tuyến tương đương với việc đốt một lít xăng. Đây là năng lượng quy đổi từ lượng điện cung cấp cho các trung tâm dữ liệu và hạ tầng khác phục vụ phát video.
Trên thực tế, năng lượng liên quan đến lĩnh vực công nghệ thông tin toàn cầu - từ cấp nguồn cho máy chủ Internet đến sạc pin smartphone - sinh ra khí thải carbon tương đương với ngành công nghiệp hàng không.
Nhận diện “thủ phạm”
Truyền phát video yêu cầu lượng lớn dữ liệu, chiếm khoảng 80% băng thông Internet. Phần lớn năng lượng cần cho dịch vụ phát trực tuyến được tiêu thụ tại các trung tâm dữ liệu.
Quy mô của trung tâm dữ liệu ngày càng mở rộng. Chúng được đặt trong các tòa nhà có diện tích lớn, máy chủ hiệu năng mạnh mẽ, hạ tầng mạng tiên tiến. Do đó, lượng điện tiêu thụ cũng tăng theo.
Kết quả nghiên cứu được công bố hồi 2015 cho thấy, các trung tâm dữ liệu có thể tiêu thụ tới 13% lượng điện trên thế giới vào năm 2030, chiếm khoảng 6% lượng khí thải carbon dioxide toàn cầu. Theo thông tin từ Dự án Eureca do Ủy ban Châu Âu tài trợ, vào năm 2017, trung tâm dữ liệu ở các nước EU tiêu thụ năng lượng nhiều hơn 25% so với năm 2014.
 |
| Các trung tâm máy chủ ngày càng có quy mô lớn, tiêu tốn nhiều điện năng. Ảnh: Shutterstock. |
Con số này sẽ còn thay đổi khi nhu cầu sử dụng Internet tăng đột biến giữa mùa đại dịch Covid-19.
Không như kết nối dial-up trước đây, Internet băng thông rộng cho phép truyền tải tốc độ cao. Một bộ phim dài 3 giờ, chất lượng Full HD có thể tải về trong vòng vài phút; smartphone hiện đại quay và phát video tốt như thiết bị chuyên dụng.
Điều đó dẫn đến nhu cầu tối ưu khả năng xử lý. Theo nghiên cứu năm 2011, số lượng các phép tính và lượng thông tin được truyền tải trên toàn thế giới tăng 60%/năm.
Tất cả thiết bị chịu trách nhiệm thực hiện việc này đều sử dụng chip với thành phần cốt lõi là bóng bán dẫn (transistor). Đây là những công tắc siêu nhỏ giúp khuếch đại tín hiệu điện, được làm bằng công nghệ dựa trên silicon.
Mỗi bóng bán dẫn chỉ dùng mức năng lượng rất nhỏ, nhưng lại có hàng tỷ thành phần này trong một chip máy tính và chuyển đổi trạng thái hàng tỷ lần mỗi giây. Do đó, lượng điện mà nó cần khá lớn.
Đi tìm giải pháp
Vậy làm thế nào để hạn chế năng lượng tiêu thụ trong khi đảm bảo nhu cầu tính toán trên toàn thế giới? Không thể yêu cầu ngừng các dịch vụ xem phim trực tuyến, chơi game online hoặc các lớp học qua Internet. Theo Giáo sư Michael Fuhrer, chúng ta cần tạo ra những con chip tốt hơn, khả năng xử lý mạnh mẽ nhưng tiết kiệm năng lượng.
 |
| Vi xử lý của iPhone 6s chứa hơn 2 tỷ bóng bán dẫn. Ảnh: The Conversation. |
Kể từ cuối những năm 1970, chiều dài bóng bán dẫn giảm khoảng 30% và diện tích giảm khoảng 50%, sau chu kỳ 2 năm. Điều này giúp giảm năng lượng dùng để bật và tắt mỗi transistor khoảng 50%. Nhưng từng ấy vẫn chưa đủ.
Gần đây, việc thu nhỏ kích thước vật lý của con chip trở nên khó khăn, tốn kém hơn nhiều, số lượng các công ty theo đuổi việc này cũng teo tóp dần.
Trên toàn cầu, từ 2014 có 4 công ty đã sản xuất chip với bóng bán dẫn 14 nm. Nhưng trong những năm gần đây, họ rất khó cải tiến quy trình.
Global Foundries hoàn toàn rời khỏi cuộc đua vào năm 2018, trong khi Intel gặp trục trặc với chip 10 nm. Hiện nay chỉ có hai công ty (Samsung và TSMC) sản xuất vi xử lý 7 nm ở quy mô thương mại.
Chúng ta cần có giải pháp đột phá cho vấn đề này, nhất là khi nhu cầu sử dụng tăng cao, sự phát triển của công nghệ thông tin ngày càng nhanh chóng.
