Vznik a vývoj podvodních datových center

Málokdo si uvědomuje, že koncept podvodních datových center vznikl během ThinkWeek 2014 společnosti Microsoft, interního brainstormingu. Navrhl to zaměstnanec se zkušenostmi s provozováním ponorek námořnictva. Společnost Microsoft provedla počáteční experimenty a ponořila datové centrum pod vodu na pět měsíců se slibnými výsledky.

Naposledy, v roce 2018, Microsoft poslal ponorku plnou serverů 864 a schopnou uložit 27,6 petabajtů dat na dno Orknejských ostrovů severovýchodně od Skotska. O dva roky později, v červnu 2020, jej Microsoft přinesl na břeh k vyhodnocení. Výsledky ukazují, že podmořské datové centrum funguje lépe než tradiční datová centra ve všech aspektech a poruchovost ve vodě je osminová než na souši.

Proč Microsoft staví své datové centrum pod moře? Dá se po pilotu prosadit výstavba podmořských datových center ve velkém?

Odpověď je jednoduchá: maximalizovat dostupné zdroje. Zároveň řeší mnoho nedostatků pozemních datových center.

Za prvé, podmořská datová centra jsou bezpečnější a stabilnější: datová centra jsou choulostivá a plná vysoce sofistikovaných komponent, které mohou být poškozeny teplotními změnami, kyslíkovou korozí a dokonce i kolizemi při výměně poškozených dílů. Ale ve vakuovém prostředí, kde lze regulovat teplotu, extrahovat kyslík a vodní páru a izolovat lidské rušení, se bezpečnost a stabilita datového centra výrazně zlepší.

Pod mořem je nepochybně ideální zdroj dat – nejen izolovaný od zemského kyslíku, vodní páry a skoncování s lidskými zásahy.

Za druhé, a to je nejdůležitější, servery chlazené mořskou vodou mají jedinečnou výhodu a chlazení je pro pozemní datová centra velkým nákladem. Podle veřejných údajů se 41 % ročních nákladů na elektřinu datového centra spotřebuje na chlazení a roční spotřeba elektřiny datových center po celém světě představuje asi 2 % z celkové světové elektřiny. Mezi nimi náklady na spotřebu energie tvoří 30 až 50 % celého IT průmyslu.

Proč je chlazení tak drahé? Ve skutečnosti jsou v pozemních datových centrech obvykle dva způsoby chlazení dat, jedním je použití mechanického chlazení, to znamená chlazení serveru těžkým klimatizačním systémem, ale tento způsob chlazení potřebuje spotřebovat spoustu elektřiny každý den. den a náklady byly vysoké.

Druhým je chlazení serveru vzduchem a odpařováním vody. Tato přirozeně nadaná metoda je mnohem levnější než ta první, ale má také své vlastní nedostatky: stupeň dokončení a kvalita chlazení jsou určeny vnější teplotou vzduchu a podmínkami vody a manévrovatelnost člověka je příliš nízká.

Mořská voda s vyšší tepelnou kapacitou dokáže uchovat přebytečné teplo generované datovým centrem: k přenosu tepla datového centra do okolní mořské vody je potřeba pouze výměník tepla, který je kombinací dvou tradičních způsobů chlazení: stabilní a bezplatné využívání přírodních zdrojů.

Za třetí, hustota pobřežního obyvatelstva je vysoká, přenos dat je rychlý a efektivita cloud computingu vyšší: v zájmu úspory půdy a provozních nákladů si tradiční datová centra obvykle vybírají řídce osídlené vzdálené oblasti, což přímo vede k příliš pomalému přenosu dat a příliš velké zpoždění. Podmořská datová centra se liší:

Asi 50 procent světové populace žije do 150 kilometrů od pobřeží. Vybudování datového centra pod mořem šetří náklady a nachází se v blízkosti obytných čtvrtí, čímž zabijete dvě mouchy jednou ranou.

Kromě toho existuje mnoho dalších výhod:

Můžeme například využít přílivovou energii oceánu k získání uhlíkově neutrální elektřiny v oceánu; Podmořskou šířku pásma lze propojit potrubím pro urychlení přenosu dat; Tradiční byrokracii lze obejít při budování podmořského datového centra: servery lze postavit ve vodotěsných silech na montážních linkách a odeslat je na moře nákladní lodí k nasazení. Jak říká Microsoft, tyto serverové moduly lze nasadit do 90 dnů; zatímco výstavba radiálních datových center trvá jeden až dva roky.

Teoreticky mají podmořská datová centra mnoho výhod, takže jak obtížné je toho dosáhnout? -- Microsoft má první odpověď.

Ve skutečnosti již v roce 2015 začal Microsoft studovat proveditelnost výstavby datových center pod vodou a poté spustil projekt Natick.

V první fázi projektu Natick v roce 2015 provedl výzkumný tým společnosti Microsoft 105-denní experiment s cílem maximalizovat ochranu před únikem a zajistit, aby bylo datové centrum umístěno do vodotěsného kontejneru. Experiment byl úspěšný: Microsoft zjistil, že vodotěsnost servisního modulu může být zaručena v mořské vodě.

Ve druhé fázi se tedy Microsoft snaží posunout experiment kupředu a přistát projekt: „poslat data na dno oceánu“, aby zjistil, zda lze data po pár letech uchovat v dobrém stavu. Microsoft umístil datové centrum do uzavřeného ocelového kontejneru, naplnil jej dusíkem a poté pomocí ponorky přepravil kontejner do moře.

Experiment byl podpořen Evropským střediskem mořské energie (EMEC): EMEC nejen poskytovalo odborné znalosti v oblasti podpory obnovitelné energie, ale také působilo jako geografický poradce kolem Orknejí – EMEC dokonce poskytlo podmořský kabel, který spojuje datové centrum s pobřežím.

Ponorka nesoucí server do hlubokého moře se jmenuje Leona Philpot, postava ze hry Halo. Vplula do temnoty Severního moře poblíž skotského Orniku.

Proč Orkneje? Na jedné straně, protože Orkneje jsou významným centrem pro výzkum obnovitelných zdrojů energie, Evropské centrum mořské energie (EMEC) zde již 14 let experimentuje s energií přílivu a vln. Na druhou stranu Orkneje mají chladné klima, což pomáhá snižovat náklady na chlazení datových center.

Microsoft umístil datové centrum necelý kilometr od mořského dna a nasadil environmentální senzory do bílých, vysokotlakých oddílů, aby monitoroval jeho stav v reálném čase. Datové centrum a oceán jsou „bezproblémové“: jejich energetické potřeby jsou zachyceny pomocí podmořských kabelů a data jsou snadno přenášena do širšího světa u pobřeží. V roce 2018 bylo dokončeno datové centrum Microsoft North Sea: celkem 864 serverů, 27,6 PB paměti, za účelem testování výkonu, hluboký ponor na dva roky.

Ve skutečnosti se výzkumníci nejvíce obávají poškození datového centra: jakmile počítače v podvodním datovém centru selžou, nelze je opravit. Naštěstí to dobře dopadlo. Do srpna 2020 byly všechny počítače zachráněné – pouze osm z více než 800 selhalo, což je nižší míra poruch než v pozemních datových centrech.

Jak dosáhnout nízké ztráty? Výzkumníci projektu spekulují, že na jedné straně chladné počasí fungovalo jako nárazník; Na druhou stranu dusík hraje také ochrannou roli. Stručně řečeno, tento test v malém měřítku dále potvrzuje možnost a hodnotu podmořského skladování. Výzkumníci projektu uvedli, že projekt má nejen nízkou poruchovost, ale veškeré napájení datového centra pochází z větrné a solární energie, při plném využití přírodních zdrojů.

Navíc, v souladu s teorií, náklady na správu, stavební náklady a ztráty tváří v tvář přírodním katastrofám a jiným mimořádným událostem v podmořském datovém centru jsou všechny nižší než u pozemního datového centra.

Je to však jen dočasné vítězství. Objem více než 800 serverů zdaleka nedosahuje objemu pozemních datových center – vždyť pozemní datová centra mají desítky tisíc serverů. V jistém smyslu je toto datové centrum spíše experimentální než praktické a dá se říci, že jde o malý pilotní projekt pro Microsoft. Generální ředitel Microsoftu Satya Nadella řekl, že podvodní datové centrum bude replikovat projekt Natick po celém světě.

Pokud chce Microsoft úspěšně propagovat podmořské datové centrum, neobejde se v této fázi bez prolomení obtížného problému:

Za prvé, experiment Microsoftu se setkal s velkým ekologickým skepticismem. Ian Bitterlin, profesor datových studií, věří, že teplo generované datovými centry může ovlivnit teplotu vody v oceánu. Jak dokázat, že podmořské datové centrum nezpůsobí větší znečištění mořského prostředí a jak se vyhnout možným rizikům znečištění, musí vyřešit tým Microsoftu.

Za druhé, poškození 8 serverů na více než 800 serverech se nezdá být velké číslo, ale jakmile bude podmořské datové centrum propagováno, ztráty budou pravděpodobně stovky tisíc jednotek, pak bude potřeba postavit odpovídající podvodní servisní stanice, stejně jako kompletní řešení údržby zařízení.

Zatřetí, jak zdůrazňuje Ian Bitlin, pobřeží není nejlepším místem pro stavbu datového centra – i když je provoz na pobřeží mnohem vyšší než v divočině, stále není tak rozsáhlé jako datové centrum ve velkém městě. .

Projekt Natick samozřejmě není jen impulsem pro výstavbu podmořských datových center. I když se podmořská datová centra neškálují, tyto kreativní experimenty nabízejí cenné lekce pro průmysl datových center.

Například při budování podvodního datového centra na ostrovech Ornik se tým inspiroval elektřinou poskytovanou větrnou a solární energií – výzkumníci uvedli, že v budoucnu by mohli zvážit nasazení podvodních datových center s pobřežními větrnými farmami, zapůjčení větru energie pro napájení datového centra, zabití dvou mouchy jednou ranou nebo dokonce přivázání pobřežního elektrického vedení k optickým kabelům potřebným k přenosu dat.

V důsledku toho Microsoft hledá způsoby, jak replikovat výhody podmořského modelu do pozemních datových center – jako je nízké opotřebení serverů a vysoká bezpečnost.

Project Natick má potenciál způsobit revoluci v nasazení datových center, poskytuje flexibilitu, rychlou výstavbu a efektivní škálování. Zatímco Microsoft si představuje zopakování úspěchu projektu Natick globálně, problémy zahrnují obavy o životní prostředí a potřebu stanic pro údržbu pod vodou v případě rozsáhlého nasazení. Experimenty společnosti Microsoft nejen posouvají hranice technologií, ale nabízejí také cenné poznatky pro celé odvětví. Inovativní přístup společnosti Microsoft, ať už úspěšný nebo ne, znamená významný krok vpřed v odvětví datových center.