Fødslen og udviklingen af ​​undervandsdatacentre

Få er klar over, at konceptet med undervandsdatacentre opstod under Microsofts 2014 ThinkWeek, en intern brainstormsession. Det blev foreslået af en medarbejder med erfaring i at betjene flådens ubåde. Microsoft udførte indledende eksperimenter og nedsænkede et datacenter under vandet i fem måneder med lovende resultater.

Senest, i 2018, sendte Microsoft en ubåd fyldt med 864-servere og i stand til at lagre 27,6 petabyte data til bunden af ​​Orkneyøerne, nordøst for Skotland. To år senere, i juni 2020, bragte Microsoft det i land til evaluering. Resultaterne viser, at ubådsdatacentret yder bedre end traditionelle datacentre i alle aspekter, og fejlraten i vand er en ottendedel af den på land.

Hvorfor lægger Microsoft sit datacenter under havet? Kan opførelsen af ​​ubådsdatacentre efter pilotprojektet fremmes i stor skala?

Svaret er enkelt: maksimer de tilgængelige ressourcer. Samtidig løser det mange mangler ved landdatacentre.

For det første er undersøiske datacentre sikrere og mere stabile: Datacentre er sarte og fyldt med meget sofistikerede komponenter, der kan blive beskadiget af temperaturændringer, iltkorrosion og endda kollisioner, når beskadigede dele udskiftes. Men i et vakuummiljø, hvor temperaturen kan kontrolleres, ilt og vanddamp kan udvindes, og menneskelig indblanding kan isoleres, vil datacentrets sikkerhed og stabilitet blive væsentligt forbedret.

Under havet er uden tvivl en ideel datakilde - ikke kun isoleret fra landets ilt, vanddamp og sætte en stopper for menneskelig indblanding.

For det andet, og det vigtigste, har havvandskølede servere en unik fordel, og køling er en stor udgift for landbaserede datacentre. Ifølge offentlige data bruges 41 % af de årlige elomkostninger for et datacenter til køling, og det årlige elforbrug i datacentre verden over udgør omkring 2 % af verdens samlede elektricitet. Blandt dem udgør omkostningerne til energiforbruget 30% til 50% af hele it-branchen.

Hvorfor er køling så dyrt? Faktisk er der i landdatacentre normalt to måder at køle data på, den ene er at bruge mekanisk køling, det vil sige at køle serveren med et tungt klimaanlæg, men denne kølemetode skal forbruge meget elektricitet hver dag, og omkostningerne har været høje.

Den anden er at afkøle serveren ved luft- og vandfordampning. Denne naturligt begavede metode er meget lavere i omkostninger end førstnævnte, men den har også sine egne mangler: færdiggørelsesgraden og kølekvaliteten bestemmes af den ydre lufttemperatur og vandforhold, og den menneskelige manøvredygtighed er for lav.

Havvand med en højere varmekapacitet kan lagre overskydende varme genereret af datacentret: kun en varmeveksler er nødvendig for at overføre varmen fra datacentret til det omgivende havvand, så at sige er en kombination af to traditionelle metoder til køling: stabil og fri brug af naturressourcer.

For det tredje er befolkningstætheden ved kysten høj, datatransmissionen er hurtig, og cloud computing-effektiviteten er højere: For at spare jord- og driftsomkostninger vælger traditionelle datacentre normalt tyndt befolkede fjerntliggende områder, hvilket direkte fører til for langsom datatransmission og meget forsinkelse. Undersøiske datacentre er forskellige:

Omkring 50 procent af verdens befolkning bor inden for 150 kilometer fra en kystlinje. At bygge datacentret under havet sparer omkostninger og er tæt på boligområder, hvilket slår to fluer med et smæk.

Derudover er der mange andre fordele:

For eksempel kan vi bruge havets tidevandsenergi til at opnå kulstofneutral elektricitet i havet; Undersøisk båndbredde kan forbindes gennem rørledninger for at accelerere datatransmission; Traditionelt bureaukrati kan omgås, når man bygger et undersøisk datacenter: Servere kan bygges i vandtætte siloer på samlebånd og sendes ud i havet med fragtskib til implementering. Som Microsoft siger, kan disse server pods implementeres inden for 90 dage; mens radielle datacentre tager et til to år at bygge.

Teoretisk set har ubådsdatacentre mange fordele, så hvor svært er det at opnå? -- Microsoft har det første svar.

Faktisk begyndte Microsoft allerede i 2015 at undersøge muligheden for at bygge datacentre under vand og lancerede derefter Project Natick.

I den første fase af Natick-projektet, i 2015, gennemførte Microsofts forskningsteam et 105-dagseksperiment for at maksimere lækagebeskyttelsen og sikre, at datacentret blev placeret i en vandtæt beholder. Eksperimentet var en succes: Microsoft fandt ud af, at servicemodulets vandmodstand kunne garanteres i havvand.

Så i anden fase forsøger Microsoft at skubbe eksperimentet frem og lande projektet: "send dataene til havbunden" for at se, om dataene kan bevares i god stand efter et par år. Microsoft lagde et datacenter i en forseglet stålbeholder, fyldte den med nitrogen og brugte derefter en ubåd til at transportere beholderen ud i havet.

Eksperimentet blev støttet af European Marine Energy Center (EMEC): EMEC leverede ikke kun ekspertise inden for vedvarende energistøtte, men fungerede også som geografisk rådgiver omkring Orkney - EMEC leverede endda det undersøiske kabel, der forbinder datacentret med kysten.

Ubåden, der bærer serveren ud i det dybe hav, hedder Leona Philpot, en karakter fra spillet Halo. Den sejlede ind i Nordsøens mørke nær Ornik i Skotland.

Hvorfor Orkney? På den ene side, fordi Orkney er et stort center for forskning i vedvarende energi, har European Marine Energy Center (EMEC) eksperimenteret med tidevands- og bølgeenergi her i 14 år. Til gengæld har Orkney et koldt klima, hvilket er med til at reducere køleomkostningerne til datacentre.

Microsoft har placeret datacentret mindre end en kilometer fra havbunden og installeret miljøsensorer inde i hvide højtryksrum for at overvåge dets status i realtid. Datacentret og havet er "sømløse": deres strømbehov fanges via undersøiske kabler, og data overføres let til den bredere verden ud for kysten. I 2018 blev Microsoft North Sea-datacentret færdiggjort: i alt 864 servere, 27,6 PB hukommelse, for at teste ydeevnen, et dybt dyk i to år.

Faktisk er forskerne mest bekymrede over skader på datacenteret: Når først computerne i undervandsdatacentret svigter, kan de ikke repareres. Det lykkedes heldigvis godt. I august 2020 var alle computere blevet reddet - kun otte ud af mere end 800 fejlede, en lavere fejlrate end i landbaserede datacentre.

Hvordan opnår man lavt tab? Projektets forskere spekulerer i, at det kolde vejr på den ene side fungerede som en buffer; På den anden side spiller nitrogen også en beskyttende rolle. Kort sagt, denne lille-skala test validerer yderligere muligheden og værdien af ​​undersøisk opbevaring. Projektforskere sagde, at projektet ikke kun har en lav fejlrate, men at al strømforsyningen til datacentret kommer fra vind- og solenergi, der udnytter naturressourcerne fuldt ud.

Hertil kommer, svarende til teorien, at administrationsomkostninger, byggeomkostninger og tab i lyset af naturkatastrofer og andre nødsituationer i ubådsdatacentret alle er lavere end for landdatacentret.

Dette er dog kun en midlertidig sejr. Mængden af ​​mere end 800 servere er langt fra landbaserede datacentres - landbaserede datacentre har trods alt titusindvis af servere. På en måde er dette datacenter mere eksperimenterende end praktisk, og kan siges at være et lille pilotprojekt for Microsoft. Microsofts administrerende direktør Satya Nadella sagde, at undervandsdatacentret vil replikere Project Natick rundt om i verden.

Hvis Microsoft ønsker at promovere det undersøiske datacenter med succes, kan det ikke undvære det vanskelige problem på dette stadium:

For det første er Microsofts eksperiment blevet mødt med megen miljøskepsis. Ian Bitterlin, professor i datastudier, mener, at den varme, der genereres af datacentre, kan påvirke havvandstemperaturerne. Hvordan man beviser, at det undersøiske datacenter ikke vil forårsage større forurening af havmiljøet, og hvordan man undgår mulige forureningsrisici, skal løses af Microsoft-teamet.

For det andet ser skaden på 8 servere i mere end 800 servere ikke ud til at være et stort antal, men når først ubådsdatacentret er promoveret, vil tabet sandsynligvis være hundredtusindvis af enheder, så behovet for at bygge den tilsvarende undervands vedligeholdelsesservicestation, samt komplette udstyrsvedligeholdelsesløsninger.

For det tredje, som Ian Bitlin påpeger, er kysten ikke det bedste sted at bygge et datacenter – selvom trafikken på kysten er meget højere end i vildmarken, er den stadig ikke så omfattende som datacentret i storbyen .

Naturligvis er Natick-projektet ikke kun et løft til undersøisk datacenterkonstruktion. Selvom undersøiske datacentre ikke skaleres, tilbyder disse kreative eksperimenter værdifulde lektioner for datacenterindustrien.

For eksempel, da holdet byggede et undervandsdatacenter på Ornik-øerne, blev holdet inspireret af elektriciteten fra vind- og solenergi - forskerne sagde, at de i fremtiden kunne overveje at installere undervandsdatacentre med havvindmølleparker, låne vindmøller. energi til at drive datacentret, slå to fluer med ét smæk eller endda binde landstrømsledninger til de optiske kabler, der er nødvendige for at overføre data.

Som følge heraf leder Microsoft efter måder at kopiere fordelene ved subsea-modellen til landbaserede datacentre – såsom lavt serverslid og høj sikkerhed.

Project Natick har potentialet til at revolutionere udrulningen af ​​datacentre, hvilket giver fleksibilitet, hurtig konstruktion og effektiv skalering. Mens Microsoft forestiller sig at kopiere succesen med Project Natick globalt, omfatter udfordringerne miljøhensyn og behovet for undervandsvedligeholdelsesstationer i tilfælde af udbredt udbredelse. Microsofts eksperimenter flytter ikke kun teknologiens grænser, men tilbyder også værdifuld indsigt for hele industrien. Microsofts innovative tilgang, uanset om den er vellykket eller ej, betyder et væsentligt skridt fremad i datacenterindustrien.