Rojstvo in razvoj podvodnih podatkovnih centrov

Le redki se zavedajo, da je koncept podvodnih podatkovnih centrov nastal med Microsoftovim ThinkWeekom leta 2014, interno sejo možganske nevihte. Predlagal ga je zaposleni z izkušnjami pri upravljanju mornariških podmornic. Microsoft je izvedel prve poskuse in potopil podatkovni center pod vodo za pet mesecev z obetajočimi rezultati.

Pred kratkim, leta 2018, je Microsoft poslal podmornico, polno 864 strežnikov, ki lahko shrani 27,6 petabajtov podatkov, na dno Orkneyjskih otokov, severovzhodno od Škotske. Dve leti pozneje, junija 2020, ga je Microsoft prinesel na kopno v oceno. Rezultati kažejo, da podmorski podatkovni center v vseh pogledih deluje bolje kot tradicionalni podatkovni centri, stopnja napak v vodi pa je ena osmina tiste na kopnem.

Zakaj Microsoft postavlja svoj podatkovni center pod morje? Ali je po pilotu mogoče spodbujati gradnjo podmorskih podatkovnih centrov v velikem obsegu?

Odgovor je preprost: maksimirajte razpoložljiva sredstva. Hkrati rešuje številne pomanjkljivosti kopenskih podatkovnih centrov.

Prvič, podvodni podatkovni centri so varnejši in stabilnejši: podatkovni centri so občutljivi in ​​polni visoko sofisticiranih komponent, ki jih lahko poškodujejo temperaturne spremembe, kisikova korozija in celo trki pri zamenjavi poškodovanih delov. Toda v vakuumskem okolju, kjer je mogoče nadzorovati temperaturo, izločiti kisik in vodno paro ter izolirati človeško vmešavanje, bosta varnost in stabilnost podatkovnega centra močno izboljšani.

Pod morjem je nedvomno idealen vir podatkov - ne le izoliran od kopnega kisika, vodne pare, in odpravlja človekovo vmešavanje.

Drugič in najpomembnejše, strežniki, hlajeni z morsko vodo, imajo edinstveno prednost, hlajenje pa je velik strošek za kopenske podatkovne centre. Po javnih podatkih se 41 % letnih stroškov električne energije podatkovnega centra porabi za hlajenje, letna poraba električne energije podatkovnih centrov po vsem svetu pa predstavlja približno 2 % celotne svetovne električne energije. Med njimi stroški porabe energije predstavljajo od 30 % do 50 % celotne industrije IT.

Zakaj je hlajenje tako drago? Pravzaprav v kopenskih podatkovnih centrih običajno obstajata dva načina za hlajenje podatkov, eden je uporaba mehanskega hlajenja, to je hlajenje strežnika s težkim klimatskim sistemom, vendar mora ta način hlajenja vsak dan porabiti veliko električne energije. dan, stroški pa so bili visoki.

Drugi je hlajenje strežnika z izhlapevanjem zraka in vode. Ta naravno nadarjena metoda je precej nižja od prejšnje, vendar ima tudi svoje pomanjkljivosti: stopnjo dokončanja in kakovost hlajenja določata zunanja temperatura zraka in stanje vode, človeška manevrska sposobnost pa je prenizka.

Morska voda z višjo toplotno kapaciteto lahko shrani odvečno toploto, ki jo ustvari podatkovni center: za prenos toplote podatkovnega centra na okoliško morsko vodo je potreben samo toplotni izmenjevalnik, tako rekoč kombinacija dveh tradicionalnih načinov hlajenja: stabilno in brezplačno uporabo naravnih virov.

Tretjič, gostota obalnega prebivalstva je visoka, prenos podatkov je hiter in učinkovitost računalništva v oblaku je višja: tradicionalni podatkovni centri zaradi varčevanja z zemljo in operativnimi stroški običajno izberejo redko poseljena oddaljena območja, kar neposredno vodi do prepočasnega prenosa podatkov in veliko zamude. Podvodni podatkovni centri so različni:

Približno 50 odstotkov svetovnega prebivalstva živi znotraj 150 kilometrov od obale. Gradnja podatkovnega centra pod morjem prihrani stroške in je blizu stanovanjskih območij, kar ubije dve muhi na en mah.

Poleg tega obstaja še veliko drugih prednosti:

Energijo plimovanja oceana lahko na primer uporabimo za pridobivanje ogljično nevtralne električne energije v oceanu; Podvodno pasovno širino je mogoče povezati prek cevovodov za pospešitev prenosa podatkov; Tradicionalni birokraciji se je mogoče izogniti pri gradnji podvodnega podatkovnega središča: strežnike je mogoče zgraditi v neprepustnih silosih na montažnih trakovih in jih za namestitev poslati na morje s tovorno ladjo. Kot pravi Microsoft, je te strežniške enote mogoče namestiti v 90 dneh; medtem ko izgradnja radijskih podatkovnih centrov traja eno do dve leti.

Teoretično imajo podmorski podatkovni centri veliko prednosti, kako težko jih je torej doseči? -- Microsoft ima prvi odgovor.

Pravzaprav je Microsoft že leta 2015 začel preučevati izvedljivost gradnje podatkovnih centrov pod vodo in nato zagnal projekt Natick.

V prvi fazi projekta Natick leta 2015 je Microsoftova raziskovalna skupina izvedla 105--dnevni poskus, da bi čim bolj povečala zaščito pred uhajanjem, pri čemer je zagotovila, da je bil podatkovni center nameščen v nepremočljivi posodi. Poskus je bil uspešen: Microsoft je ugotovil, da je vodoodpornost servisnega modula mogoče zagotoviti v morski vodi.

Tako Microsoft v drugi fazi poskuša pospešiti eksperiment in uresničiti projekt: "pošlji podatke na dno oceana", da bi ugotovil, ali je mogoče podatke po nekaj letih ohraniti v dobrem stanju. Microsoft je podatkovni center postavil v zaprto jekleno posodo, jo napolnil z dušikom in nato s podmornico posodo prepeljal v morje.

Poskus je podprl Evropski center za pomorsko energijo (EMEC): EMEC ni zagotovil le strokovnega znanja o podpori obnovljivih virov energije, ampak je deloval tudi kot geografski svetovalec okoli Orkneyja - EMEC je celo zagotovil podvodni kabel, ki povezuje podatkovni center z obalo.

Podmornica, ki nosi strežnik v globoko morje, se imenuje Leona Philpot, lik iz igre Halo. Zaplula je v temo Severnega morja blizu Ornika na Škotskem.

Zakaj Orkney? Po eni strani, ker je Orkney glavno središče za raziskave obnovljive energije, Evropski center za pomorsko energijo (EMEC) tukaj že 14 let eksperimentira z energijo plimovanja in valovanja. Po drugi strani pa ima Orkney hladno podnebje, kar pomaga zmanjšati stroške hlajenja podatkovnih centrov.

Microsoft je podatkovni center postavil manj kot kilometer od morskega dna in v bele, visokotlačne prostore namestil okoljske senzorje za spremljanje njegovega stanja v realnem času. Podatkovni center in ocean sta "brezšivna": njihove potrebe po energiji so zajete prek podvodnih kablov, podatki pa se zlahka prenašajo v širši svet ob obali. Leta 2018 je bil dokončan Microsoftov podatkovni center v Severnem morju: skupno 864 strežnikov, 27,6 PB pomnilnika, za testiranje zmogljivosti, globok potop za dve leti.

Pravzaprav so raziskovalci najbolj zaskrbljeni zaradi poškodb podatkovnega centra: ko računalniki v podvodnem podatkovnem centru odpovejo, jih ni več mogoče popraviti. Na srečo se je dobro izšlo. Do avgusta 2020 so bili vsi računalniki popravljeni – odpovedalo jih je le osem od več kot 800, kar je nižja stopnja napak kot v kopenskih podatkovnih centrih.

Kako doseči nizke izgube? Raziskovalci projekta ugibajo, da je na eni strani hladno vreme delovalo kot blažilnik; Po drugi strani ima dušik tudi zaščitno vlogo. Skratka, ta test majhnega obsega dodatno potrjuje možnost in vrednost skladiščenja pod morjem. Raziskovalci projekta so povedali, da ima projekt ne samo nizko stopnjo napak, ampak da vsa oskrba podatkovnega centra izvira iz vetrne in sončne energije, pri čemer se v celoti izkoriščajo naravni viri.

Poleg tega so v skladu s teorijo stroški upravljanja, stroški gradnje in izgube ob naravnih nesrečah in drugih izrednih dogodkih podmorskega podatkovnega centra nižji kot pri kopenskem podatkovnem centru.

Vendar je to le začasna zmaga. Obseg več kot 800 strežnikov je daleč od obsega kopenskih podatkovnih centrov – navsezadnje imajo kopenski podatkovni centri na desettisoče strežnikov. V nekem smislu je ta podatkovni center bolj eksperimentalen kot praktičen in lahko rečemo, da je majhen pilotni projekt za Microsoft. Generalni direktor Microsofta Satya Nadella je dejal, da bo podvodni podatkovni center posnemal projekt Natick po vsem svetu.

Če Microsoft želi uspešno promovirati podvodni podatkovni center, ne more storiti, ne da bi rešil težavno težavo na tej stopnji:

Prvič, Microsoftov poskus je naletel na veliko okoljskega skepticizma. Ian Bitterlin, profesor podatkovnih študij, verjame, da lahko toplota, ki jo proizvajajo podatkovni centri, vpliva na temperaturo oceanske vode. Kako dokazati, da podvodni podatkovni center ne bo povzročil večjega onesnaževanja morskega okolja in kako se izogniti morebitnim tveganjem onesnaženja, mora rešiti Microsoftova ekipa.

Drugič, škoda 8 strežnikov v več kot 800 strežnikih se ne zdi velika, toda ko bo podmorski podatkovni center promoviran, bo izguba verjetno na stotine tisoč enot, nato pa bo treba zgraditi ustrezne podvodne vzdrževalni servis, kot tudi celovite rešitve vzdrževanja opreme.

Tretjič, kot poudarja Ian Bitlin, obala ni najboljše mesto za gradnjo podatkovnega centra – čeprav je promet na obali veliko večji kot v divjini, še vedno ni tako obsežen kot podatkovni center v velikem mestu. .

Seveda projekt Natick ni samo spodbuda za gradnjo podatkovnih centrov pod morjem. Tudi če se podmorski podatkovni centri ne povečajo, ti ustvarjalni poskusi ponujajo dragocene lekcije za industrijo podatkovnih centrov.

Na primer, pri gradnji podvodnega podatkovnega centra na Ornikovih otokih je ekipo navdihnila elektrika, ki jo zagotavljata vetrna in sončna energija – raziskovalci so povedali, da bi lahko v prihodnosti razmislili o uvedbi podvodnih podatkovnih centrov z vetrnimi elektrarnami na morju, izposojo vetra energijo za napajanje podatkovnega centra, ubijanje dveh muh na en mah ali celo povezovanje kopenskih daljnovodov z optičnimi kabli, potrebnimi za prenos podatkov.

Posledično Microsoft išče načine za ponovitev prednosti podmorskega modela v kopenskih podatkovnih centrih – kot sta nizka obraba strežnikov in visoka varnost.

Projekt Natick ima potencial za revolucijo pri uvajanju podatkovnih centrov, saj zagotavlja prilagodljivost, hitro gradnjo in učinkovito skaliranje. Medtem ko Microsoft predvideva ponovitev uspeha projekta Natick po vsem svetu, izzivi vključujejo okoljske skrbi in potrebo po podvodnih vzdrževalnih postajah v primeru široke uporabe. Microsoftovi poskusi ne le premikajo meje tehnologije, ampak ponujajo tudi dragocene vpoglede za celotno industrijo. Microsoftov inovativni pristop, naj bo uspešen ali ne, pomeni pomemben korak naprej v industriji podatkovnih centrov.