Povandeninių duomenų centrų gimimas ir plėtra

Tik nedaugelis žino, kad povandeninių duomenų centrų koncepcija kilo per „Microsoft“ 2014 m. „ThinkWeek“ – vidinę minčių šturmo sesiją. Tai pasiūlė darbuotojas, turintis patirties eksploatuoti karinio jūrų laivyno povandeninius laivus. „Microsoft“ atliko pradinius eksperimentus, penkis mėnesius panardindama duomenų centrą po vandeniu ir davė daug žadančių rezultatų.

Visai neseniai, 2018 m., „Microsoft“ į Orknio salų dugną į šiaurės rytus nuo Škotijos išsiuntė povandeninį laivą, kuriame yra 864 serverių ir galintis saugoti 27,6 petabaitų duomenų. Po dvejų metų, 2020 m. birželio mėn., „Microsoft“ iškėlė jį į krantą įvertinti. Rezultatai rodo, kad povandeninis duomenų centras visais atžvilgiais veikia geriau nei tradiciniai duomenų centrai, o gedimų dažnis vandenyje yra aštuntadalis nei sausumoje.

Kodėl „Microsoft“ savo duomenų centrą stato po jūra? Ar po piloto gali būti plačiai skatinama povandeninių duomenų centrų statyba?

Atsakymas paprastas: maksimaliai padidinkite turimus išteklius. Kartu tai išsprendžia daugybę žemės duomenų centrų trūkumų.

Pirma, povandeniniai duomenų centrai yra saugesni ir stabilesni: duomenų centrai yra subtilūs ir užpildyti itin sudėtingais komponentais, kuriuos gali sugadinti temperatūros pokyčiai, deguonies korozija ir net susidūrimai keičiant pažeistas dalis. Tačiau vakuuminėje aplinkoje, kurioje galima kontroliuoti temperatūrą, išgauti deguonį ir vandens garus bei izoliuoti žmogaus trukdžius, duomenų centro saugumas ir stabilumas labai pagerės.

Po jūra neabejotinai yra idealus duomenų šaltinis – ne tik izoliuotas nuo sausumos deguonies, vandens garų ir nutraukti žmogaus kišimąsi.

Antra, ir svarbiausia, jūros vandeniu aušinami serveriai turi unikalų pranašumą, o aušinimas yra didelės sausumos duomenų centrų sąnaudos. Viešais duomenimis, vėsinimui sunaudojama 41% metinės duomenų centro elektros sąnaudų, o duomenų centrų metinės elektros energijos sąnaudos visame pasaulyje sudaro apie 2% visos pasaulio elektros energijos. Tarp jų energijos sąnaudos sudaro nuo 30% iki 50% visos IT pramonės.

Kodėl aušinimas toks brangus? Tiesą sakant, sausumos duomenų centruose duomenims aušinti paprastai yra du būdai, vienas yra mechaninis aušinimas, tai yra serverio aušinimas naudojant sunkią oro kondicionavimo sistemą, tačiau šis aušinimo būdas kiekvieną kartą turi sunaudoti daug elektros energijos. dieną, o kaina buvo didelė.

Kitas yra serverio aušinimas oru ir vandeniu išgarinant. Šis natūralių gabumų metodas yra daug pigesnis nei pirmasis, tačiau jis turi ir savų trūkumų: baigtumo laipsnį ir aušinimo kokybę lemia išorinė oro temperatūra ir vandens sąlygos, o žmogaus manevringumas per mažas.

Didesnės šiluminės talpos jūros vanduo gali kaupti duomenų centro generuojamą šilumos perteklių: reikia tik šilumokaičio, kad duomenų centro šiluma būtų perduota į aplinkinį jūros vandenį, taip sakant, yra dviejų tradicinių vėsinimo būdų derinys: stabilus. ir nemokamas gamtos išteklių naudojimas.

Trečia, pakrančių gyventojų tankumas yra didelis, duomenų perdavimas greitas, o debesų kompiuterijos efektyvumas didesnis: taupydami žemę ir eksploatacines išlaidas tradiciniai duomenų centrai dažniausiai renkasi retai apgyvendintas atokias vietoves, o tai tiesiogiai lemia per lėtą duomenų perdavimą ir per daug. daug delsimo. Povandeniniai duomenų centrai yra skirtingi:

Apie 50 procentų pasaulio gyventojų gyvena 150 kilometrų atstumu nuo pakrantės. Duomenų centro statymas po jūra taupo išlaidas ir yra netoli gyvenamųjų rajonų, vienu akmeniu užmušdamas du paukščius.

Be to, yra daug kitų privalumų:

Pavyzdžiui, galime panaudoti vandenyno potvynių ir atoslūgių energiją, kad gautume anglies atžvilgiu neutralią elektros energiją vandenyne; Dujotiekiais galima prijungti povandeninį pralaidumą, kad būtų pagreitintas duomenų perdavimas; Statant povandeninį duomenų centrą galima apeiti tradicinę biurokratiją: serveriai gali būti statomi vandeniui nepralaidžiuose silosuose surinkimo linijose ir išsiunčiami į jūrą krovininiu laivu, kad būtų galima juos įdiegti. Kaip sako „Microsoft“, šias serverių talpyklas galima įdiegti per 90 dienų; kadangi radiaciniai duomenų centrai sukuriami nuo vienerių iki dvejų metų.

Teoriškai povandeniniai duomenų centrai turi daug privalumų, tad kaip sunku tai pasiekti? -- „Microsoft“ turi pirmąjį atsakymą.

Tiesą sakant, jau 2015 m. „Microsoft“ pradėjo tyrinėti galimybę statyti duomenų centrus po vandeniu, o tada pradėjo projektą „Natick“.

Pirmajame „Natick“ projekto etape, 2015 m., „Microsoft“ tyrimų komanda atliko 105-dienos eksperimentą, siekdama maksimaliai padidinti apsaugą nuo nuotėkio, užtikrindama, kad duomenų centras būtų patalpintas į vandeniui atsparų konteinerį. Eksperimentas buvo sėkmingas: „Microsoft“ nustatė, kad aptarnavimo modulio atsparumas vandeniui gali būti garantuotas jūros vandenyje.

Taigi antrajame etape „Microsoft“ bando pastūmėti eksperimentą į priekį ir įgyvendinti projektą: „nusiųsti duomenis į vandenyno dugną“, kad pamatytumėte, ar po kelerių metų duomenys gali būti išsaugoti geros būklės. „Microsoft“ įdėjo duomenų centrą į sandarų plieninį konteinerį, užpildė jį azotu, o povandeniniu laivu konteinerį nugabeno į jūrą.

Eksperimentą palaikė Europos jūrų energijos centras (EMEC): EMEC ne tik suteikė žinių apie paramą atsinaujinančios energijos srityje, bet ir veikė kaip geografinis patarėjas aplink Orknį – EMEC netgi parūpino povandeninį kabelį, jungiantį duomenų centrą su pakrante.

Povandeninis laivas, nešantis serverį į giliavandenę jūrą, vadinamas Leona Philpot, žaidimo Halo veikėja. Jis išplaukė į Šiaurės jūros tamsą netoli Orniko, Škotijoje.

Kodėl Orkney? Viena vertus, kadangi Orknis yra pagrindinis atsinaujinančios energijos tyrimų centras, Europos jūrų energetikos centras (EMEC) čia jau 14 metų eksperimentuoja su potvynių ir bangų energija. Kita vertus, Orknio klimatas yra šaltas, o tai padeda sumažinti duomenų centrų aušinimo išlaidas.

„Microsoft“ pastatė duomenų centrą mažiau nei už kilometro nuo jūros dugno ir įrengė aplinkos jutiklius baltuose aukšto slėgio skyriuose, kad būtų galima stebėti jo būseną realiuoju laiku. Duomenų centras ir vandenynas yra "vientisi": jų energijos poreikiai fiksuojami povandeniniais kabeliais, o duomenys lengvai perduodami į platesnį pasaulį prie kranto. 2018 m. buvo baigtas kurti „Microsoft“ Šiaurės jūros duomenų centras: iš viso 864 serverių, 27,6 PB atminties, kad būtų galima išbandyti našumą, giliai nardyti dvejus metus.

Tiesą sakant, tyrėjams didžiausią nerimą kelia duomenų centro pažeidimai: sugedus povandeninio duomenų centro kompiuteriams, jų nebegalima taisyti. Laimei, pavyko gerai. Iki 2020 m. rugpjūčio mėn. visi kompiuteriai buvo išgelbėti – sugedo tik aštuoni iš daugiau nei 800, o tai mažesnis gedimų lygis nei antžeminiuose duomenų centruose.

Kaip pasiekti mažų nuostolių? Projekto tyrėjai spėja, kad, viena vertus, šaltas oras veikė kaip buferis; Kita vertus, azotas taip pat atlieka apsauginį vaidmenį. Trumpai tariant, šis nedidelio masto bandymas dar labiau patvirtina povandeninio saugojimo galimybę ir vertę. Projekto tyrėjai teigė, kad projektas turi ne tik mažą gedimų procentą, bet ir visa duomenų centro energija tiekiama iš vėjo ir saulės energijos, visapusiškai išnaudojant gamtos išteklius.

Be to, remiantis teorija, povandeninio laivo duomenų centro valdymo išlaidos, statybos sąnaudos ir nuostoliai stichinių nelaimių ir kitų ekstremalių situacijų atveju yra mažesnės nei sausumos duomenų centro.

Tačiau tai tik laikina pergalė. Daugiau nei 800 serverių apimtis toli gražu nėra antžeminių duomenų centrų apimtis – juk antžeminiai duomenų centrai turi dešimtis tūkstančių serverių. Tam tikra prasme šis duomenų centras yra labiau eksperimentinis nei praktiškas ir galima sakyti, kad tai nedidelis bandomasis „Microsoft“ projektas. „Microsoft“ generalinis direktorius Satya Nadella teigė, kad povandeninis duomenų centras atkartos „Project Natick“ visame pasaulyje.

Jei „Microsoft“ nori sėkmingai reklamuoti povandeninį duomenų centrą, ji negali išspręsti šios sudėtingos problemos šiame etape:

Pirma, „Microsoft“ eksperimentas buvo sutiktas su dideliu aplinkosauginiu skepticizmu. Duomenų studijų profesorius Ianas Bitterlinas mano, kad duomenų centrų generuojama šiluma gali turėti įtakos vandenyno vandens temperatūrai. Kaip įrodyti, kad povandeninis duomenų centras nesukels didesnės jūrinės aplinkos taršos ir kaip išvengti galimos taršos rizikos, turi spręsti Microsoft komanda.

Antra, 8 serverių, esančių daugiau nei 800 serverių, žala neatrodo didelis skaičius, tačiau povandeninio laivo duomenų centro pakėlimas greičiausiai bus šimtų tūkstančių vienetų nuostoliai, tada reikės statyti atitinkamą povandeninį techninės priežiūros servisas, taip pat pilni įrangos priežiūros sprendimai.

Trečia, kaip pažymi Ianas Bitlinas, pakrantė nėra pati geriausia vieta duomenų centrui statyti – nors srautas pakrantėje yra daug didesnis nei dykumoje, jis vis tiek nėra toks didelis kaip duomenų centras dideliame mieste. .

Žinoma, Natick projektas nėra tik postūmis povandeninių duomenų centrų statybai. Net jei povandeniniai duomenų centrai nesiplečia, šie kūrybiniai eksperimentai suteikia vertingų pamokų duomenų centrų pramonei.

Pavyzdžiui, statant povandeninį duomenų centrą Orniko salose, komandą įkvėpė vėjo ir saulės energijos tiekiama elektra – mokslininkai teigė, kad ateityje galėtų svarstyti galimybę diegti povandeninius duomenų centrus su vėjo jėgainėmis jūroje, pasiskolinti vėjo. energijos duomenų centrui maitinti, vienu šūviu nužudant du paukščius ar net prijungiant sausumos elektros linijas prie optinių kabelių, reikalingų duomenims perduoti.

Dėl to „Microsoft“ ieško būdų, kaip panaudoti povandeninio modelio pranašumus antžeminiuose duomenų centruose, pavyzdžiui, mažą serverių nusidėvėjimą ir aukštą saugumą.

„Project Natick“ gali pakeisti duomenų centro diegimą, suteikdamas lankstumo, greito konstravimo ir efektyvaus mastelio keitimo. Nors „Microsoft“ numato pakartoti „Project Natick“ sėkmę visame pasaulyje, iššūkiai apima aplinkosaugos problemas ir povandeninių techninės priežiūros stočių poreikį plačiai įdiegus. „Microsoft“ eksperimentai ne tik peržengia technologijų ribas, bet ir suteikia vertingų įžvalgų visai pramonei. „Microsoft“ naujoviškas požiūris, nesvarbu, sėkmingas ar ne, reiškia reikšmingą žingsnį į priekį duomenų centrų pramonėje.