Vznik a vývoj podvodných dátových centier

Málokto si uvedomuje, že koncept podvodných dátových centier vznikol počas ThinkWeek spoločnosti Microsoft v roku 2014, interného brainstormingu. Navrhol to zamestnanec so skúsenosťami s prevádzkou ponoriek námorníctva. Spoločnosť Microsoft vykonala počiatočné experimenty, keď dátové centrum ponorila pod vodu na päť mesiacov so sľubnými výsledkami.

Naposledy, v roku 2018, spoločnosť Microsoft poslala ponorku nabitú 864 servermi a schopnú uložiť 27,6 petabajtov údajov na dno Orknejských ostrovov severovýchodne od Škótska. O dva roky neskôr, v júni 2020, ho Microsoft priniesol na pevninu na vyhodnotenie. Výsledky ukazujú, že podmorské dátové centrum funguje lepšie ako tradičné dátové centrá vo všetkých aspektoch a miera zlyhania vo vode je jedna osmina v porovnaní s pevninou.

Prečo Microsoft umiestňuje svoje dátové centrum pod hladinu mora? Dá sa po pilotnom diele propagovať výstavba podmorských dátových centier vo veľkom?

Odpoveď je jednoduchá: maximalizujte dostupné zdroje. Zároveň rieši mnohé nedostatky pozemkových dátových centier.

Po prvé, podmorské dátové centrá sú bezpečnejšie a stabilnejšie: dátové centrá sú chúlostivé a naplnené vysoko sofistikovanými komponentmi, ktoré môžu byť poškodené teplotnými zmenami, kyslíkovou koróziou a dokonca aj kolíziami pri výmene poškodených častí. Ale vo vákuovom prostredí, kde je možné regulovať teplotu, extrahovať kyslík a vodnú paru a izolovať ľudské rušenie, sa výrazne zlepší bezpečnosť a stabilita dátového centra.

Pod morom je nepochybne ideálny zdroj dát – nielen izolovaný od zemského kyslíka, vodnej pary a skoncovať s ľudskými zásahmi.

Po druhé, a to je najdôležitejšie, servery chladené morskou vodou majú jedinečnú výhodu a chladenie je hlavným nákladom pre pozemné dátové centrá. Podľa verejných údajov sa 41 % ročných nákladov na elektrinu dátového centra spotrebuje na chladenie a ročná spotreba elektrickej energie dátových centier na celom svete predstavuje asi 2 % z celkovej svetovej elektriny. Spomedzi nich náklady na spotrebu energie predstavujú 30 % až 50 % celého IT priemyslu.

Prečo je chladenie také drahé? V pozemných dátových centrách sú v skutočnosti zvyčajne dva spôsoby chladenia dát, jedným je použitie mechanického chladenia, to znamená chladenie servera ťažkým klimatizačným systémom, ale tento spôsob chladenia potrebuje spotrebovať veľa elektrickej energie. deň a náklady boli vysoké.

Druhým je chladenie servera vzduchom a odparovaním vody. Táto prirodzene talentovaná metóda je oveľa lacnejšia ako prvá, ale má aj svoje nedostatky: stupeň dokončenia a kvalita chladenia sú určené vonkajšou teplotou vzduchu a podmienkami vody a manévrovateľnosť človeka je príliš nízka.

Morská voda s vyššou tepelnou kapacitou dokáže uchovávať prebytočné teplo generované dátovým centrom: na prenos tepla dátového centra do okolitej morskej vody je potrebný iba výmenník tepla, ktorý je takpovediac kombináciou dvoch tradičných spôsobov chladenia: stabilný a bezplatné využívanie prírodných zdrojov.

Po tretie, hustota pobrežného obyvateľstva je vysoká, prenos dát je rýchly a efektivita cloud computingu vyššia: s cieľom ušetriť pôdu a prevádzkové náklady si tradičné dátové centrá zvyčajne vyberajú riedko osídlené odľahlé oblasti, čo priamo vedie k príliš pomalému prenosu dát. veľké oneskorenie. Podmorské dátové centrá sa líšia:

Asi 50 percent svetovej populácie žije do 150 kilometrov od pobrežia. Vybudovanie dátového centra pod morom šetrí náklady a je blízko obytných oblastí, čím zabijú dve muchy jednou ranou.

Okrem toho existuje mnoho ďalších výhod:

Môžeme napríklad využiť prílivovú energiu oceánu na získanie uhlíkovo neutrálnej elektriny v oceáne; Podmorská šírka pásma môže byť prepojená pomocou potrubí na urýchlenie prenosu údajov; Tradičná byrokracia sa dá obísť pri budovaní podmorského dátového centra: servery môžu byť postavené vo vodotesných silách na montážnych linkách a odoslané na more nákladnou loďou na nasadenie. Ako hovorí Microsoft, tieto serverové moduly môžu byť nasadené do 90 dní; zatiaľ čo budovanie radiačných dátových centier trvá jeden až dva roky.

Teoreticky majú podmorské dátové centrá veľa výhod, takže aké ťažké je to dosiahnuť? -- Microsoft má prvú odpoveď.

V skutočnosti už v roku 2015 začal Microsoft študovať uskutočniteľnosť budovania dátových centier pod vodou a potom spustil projekt Natick.

V prvej fáze projektu Natick v roku 2015 uskutočnil výskumný tím spoločnosti Microsoft 105-dňový experiment s cieľom maximalizovať ochranu pred únikom a zabezpečiť, aby bolo dátové centrum umiestnené vo vodotesnom kontajneri. Experiment bol úspešný: Microsoft zistil, že vodotesnosť servisného modulu môže byť zaručená v morskej vode.

V druhej fáze sa teda Microsoft snaží posunúť experiment vpred a zrealizovať projekt: „poslať dáta na dno oceánu“, aby zistil, či sa dáta po niekoľkých rokoch dajú zachovať v dobrom stave. Microsoft umiestnil dátové centrum do zapečateného oceľového kontajnera, naplnil ho dusíkom a potom pomocou ponorky prepravil kontajner do mora.

Experiment podporilo Európske centrum pre námornú energiu (EMEC): EMEC poskytovalo nielen odborné znalosti v oblasti podpory obnoviteľnej energie, ale pôsobilo aj ako geografický poradca v okolí Orknejí – EMEC dokonca poskytlo podmorský kábel, ktorý spája dátové centrum s pobrežím.

Ponorka nesúca server do hlbokého mora sa volá Leona Philpot, postava z hry Halo. Plavila sa do tmy Severného mora pri škótskom Orniku.

Prečo práve Orkneje? Na jednej strane, pretože Orkneje sú významným centrom pre výskum obnoviteľnej energie, Európske centrum morskej energie (EMEC) tu už 14 rokov experimentuje s energiou prílivu a vĺn. Na druhej strane, Orkneje majú chladné podnebie, čo pomáha znižovať náklady na chladenie dátových centier.

Microsoft umiestnil dátové centrum menej ako kilometer od morského dna a nasadil environmentálne senzory do bielych, vysokotlakových oddelení, aby monitoroval jeho stav v reálnom čase. Dátové centrum a oceán sú „bezproblémové“: ich energetické potreby sa zachytávajú pomocou podmorských káblov a údaje sa ľahko prenášajú do širšieho sveta pri pobreží. V roku 2018 bolo dokončené dátové centrum spoločnosti Microsoft v Severnom mori: celkovo 864 serverov, 27,6 PB pamäte, na testovanie výkonu, hĺbkový ponor na dva roky.

V skutočnosti sa vedci najviac obávajú poškodenia dátového centra: akonáhle počítače v podvodnom dátovom centre zlyhajú, nie je možné ich opraviť. Našťastie to dobre dopadlo. Do augusta 2020 boli všetky počítače zachránené – zlyhalo iba osem z viac ako 800, čo je nižšia miera zlyhania ako v pozemných dátových centrách.

Ako dosiahnuť nízku stratu? Vedci projektu špekulujú, že na jednej strane chladné počasie pôsobilo ako nárazník; Na druhej strane dusík zohráva aj ochrannú úlohu. Stručne povedané, tento test v malom meradle ďalej potvrdzuje možnosť a hodnotu podmorského skladovania. Vedci projektu uviedli, že projekt má nielen nízku poruchovosť, ale celé napájanie dátového centra pochádza z veternej a slnečnej energie, pričom sa naplno využívajú prírodné zdroje.

Okrem toho, v súlade s teóriou, náklady na správu, výstavbu a straty v dôsledku prírodných katastrof a iných núdzových situácií v podmorskom dátovom centre sú nižšie ako v pozemnom dátovom centre.

Je to však len dočasné víťazstvo. Objem viac ako 800 serverov je ďaleko od objemu pozemných dátových centier – napokon, pozemné dátové centrá majú desaťtisíce serverov. V istom zmysle je toto dátové centrum viac experimentálne ako praktické a dá sa povedať, že ide o malý pilotný projekt pre Microsoft. Generálny riaditeľ spoločnosti Microsoft Satya Nadella uviedol, že podvodné dátové centrum bude kopírovať projekt Natick po celom svete.

Ak chce Microsoft úspešne propagovať podmorské dátové centrum, v tejto fáze sa nezaobíde bez prelomenia zložitého problému:

Po prvé, experiment Microsoftu sa stretol s množstvom environmentálneho skepticizmu. Ian Bitterlin, profesor dátových štúdií, verí, že teplo generované dátovými centrami môže ovplyvniť teplotu vody v oceáne. Ako dokázať, že podmorské dátové centrum nespôsobí väčšie znečistenie morského prostredia a ako sa vyhnúť možným rizikám znečistenia, musí vyriešiť tím Microsoftu.

Po druhé, poškodenie 8 serverov na viac ako 800 serveroch sa nezdá byť veľké číslo, ale akonáhle sa propaguje podmorské dátové centrum, straty budú pravdepodobne státisíce jednotiek, potom bude potrebné vybudovať zodpovedajúce podvodné servisnú stanicu, ako aj kompletné riešenia údržby zariadení.

Po tretie, ako poukazuje Ian Bitlin, pobrežie nie je najlepším miestom na vybudovanie dátového centra – aj keď je na pobreží oveľa vyššia premávka ako v divočine, stále nie je také rozsiahle ako dátové centrum vo veľkom meste. .

Samozrejme, projekt Natick nie je len impulzom pre výstavbu podmorských dátových centier. Aj keď sa podmorské dátové centrá neškálujú, tieto kreatívne experimenty ponúkajú pre priemysel dátových centier cenné lekcie.

Napríklad pri budovaní podvodného dátového centra na ostrovoch Ornik sa tím inšpiroval elektrinou poskytovanou veternou a solárnou energiou – výskumníci uviedli, že v budúcnosti by mohli zvážiť nasadenie podvodných dátových centier s pobrežnými veternými farmami, zapožičanie veternej energie. energie na napájanie dátového centra, zabitie dvoch much jednou ranou alebo dokonca priviazanie pobrežných elektrických vedení k optickým káblom potrebným na prenos dát.

Výsledkom je, že Microsoft hľadá spôsoby, ako replikovať výhody podmorského modelu do pozemných dátových centier – ako napríklad nízke opotrebovanie serverov a vysokú bezpečnosť.

Project Natick má potenciál spôsobiť revolúciu v nasadzovaní dátových centier, poskytuje flexibilitu, rýchlu výstavbu a efektívne škálovanie. Zatiaľ čo spoločnosť Microsoft si predstavuje zopakovanie úspechu projektu Natick na celom svete, výzvy zahŕňajú environmentálne problémy a potrebu staníc na údržbu pod vodou v prípade rozsiahleho nasadenia. Experimenty spoločnosti Microsoft nielen posúvajú hranice technológie, ale ponúkajú aj cenné poznatky pre celé odvetvie. Inovatívny prístup spoločnosti Microsoft, či už úspešný alebo nie, znamená významný krok vpred v odvetví dátových centier.