Kelahiran dan Pembangunan Pusat Data Bawah Air

Sedikit yang menyedari bahawa konsep pusat data bawah air berasal semasa ThinkWeek 2014 Microsoft, sesi sumbang saran dalaman. Ia dicadangkan oleh seorang pekerja yang berpengalaman mengendalikan kapal selam Tentera Laut. Microsoft menjalankan eksperimen awal, menenggelamkan pusat data di bawah air selama lima bulan dengan hasil yang menjanjikan.

Terbaru, pada 2018, Microsoft menghantar kapal selam yang penuh dengan 864 pelayan dan mampu menyimpan 27.6 petabait data ke bahagian bawah Kepulauan Orkney, timur laut Scotland. Dua tahun kemudian, pada Jun 2020, Microsoft membawanya ke darat untuk dinilai. Keputusan menunjukkan bahawa pusat data dasar laut berprestasi lebih baik daripada pusat data tradisional dalam semua aspek, dan kadar kegagalan dalam air adalah satu perlapan daripada di darat.

Mengapakah Microsoft meletakkan pusat datanya di bawah laut? Selepas perintis, bolehkah pembinaan pusat data kapal selam dipromosikan secara besar-besaran?

Jawapannya mudah: memaksimumkan sumber yang ada. Pada masa yang sama, ia menyelesaikan banyak kekurangan pusat data tanah.

Pertama, pusat data dasar laut adalah lebih selamat dan lebih stabil: pusat data adalah halus dan dipenuhi dengan komponen yang sangat canggih yang boleh rosak akibat perubahan suhu, kakisan oksigen dan juga perlanggaran apabila menggantikan bahagian yang rosak. Tetapi dalam persekitaran vakum di mana suhu boleh dikawal, oksigen dan wap air boleh diekstrak, dan gangguan manusia boleh diasingkan, keselamatan dan kestabilan pusat data akan bertambah baik.

Di bawah laut sudah pasti sumber data yang ideal - bukan sahaja terpencil daripada oksigen daratan, wap air dan menamatkan gangguan manusia.

Kedua, dan yang paling penting, pelayan yang disejukkan air laut mempunyai kelebihan yang unik, dan penyejukan adalah perbelanjaan utama untuk pusat data berasaskan darat. Menurut data awam, 41% daripada kos elektrik tahunan pusat data digunakan untuk penyejukan, dan penggunaan elektrik tahunan pusat data di seluruh dunia menyumbang kira-kira 2% daripada jumlah tenaga elektrik dunia. Antaranya, kos penggunaan tenaga menyumbang 30% hingga 50% daripada keseluruhan industri IT.

Mengapa penyejukan begitu mahal? Sebenarnya, di pusat data darat, biasanya terdapat dua cara untuk menyejukkan data, iaitu menggunakan penyejukan mekanikal, iaitu, untuk menyejukkan pelayan dengan sistem penghawa dingin yang berat, tetapi kaedah penyejukan ini perlu menggunakan banyak tenaga elektrik setiap kali. hari, dan kosnya tinggi.

Yang lain adalah untuk menyejukkan pelayan melalui penyejatan udara dan air. Kaedah berbakat semulajadi ini jauh lebih rendah dari segi kos daripada yang pertama, tetapi ia juga mempunyai kelemahannya sendiri: tahap penyiapan dan kualiti penyejukan ditentukan oleh suhu udara luaran dan keadaan air, dan kebolehgerakan manusia terlalu rendah.

Air laut dengan kapasiti haba yang lebih tinggi boleh menyimpan haba berlebihan yang dihasilkan oleh pusat data: hanya penukar haba diperlukan untuk memindahkan haba pusat data ke air laut di sekeliling, boleh dikatakan, adalah gabungan dua kaedah penyejukan tradisional: stabil dan penggunaan sumber asli secara percuma.

Ketiga, kepadatan penduduk pantai adalah tinggi, penghantaran data pantas, dan kecekapan pengkomputeran awan lebih tinggi: untuk menjimatkan kos tanah dan operasi, pusat data tradisional biasanya memilih kawasan terpencil yang jarang penduduknya, yang secara langsung membawa kepada penghantaran data yang terlalu perlahan dan juga. banyak kelewatan. Pusat data dasar laut adalah berbeza:

Kira-kira 50 peratus penduduk dunia tinggal dalam jarak 150 kilometer dari garis pantai. Membina pusat data di bawah laut menjimatkan kos dan berdekatan dengan kawasan perumahan, membunuh dua burung dengan satu batu.

Di samping itu, terdapat banyak kelebihan lain:

Sebagai contoh, kita boleh menggunakan tenaga pasang surut lautan untuk mendapatkan tenaga elektrik neutral karbon di lautan; Jalur lebar bawah laut boleh disambungkan melalui saluran paip untuk mempercepatkan penghantaran data; Pita merah tradisional boleh dielakkan apabila membina pusat data dasar laut: pelayan boleh dibina dalam silo kedap air pada baris pemasangan dan dihantar ke laut dengan kapal kargo untuk digunakan. Seperti yang dikatakan oleh Microsoft, pod pelayan ini boleh digunakan dalam masa 90 hari; manakala pusat data radiasi mengambil masa satu hingga dua tahun untuk dibina.

Secara teorinya, pusat data kapal selam mempunyai banyak kelebihan, jadi betapa sukarnya untuk dicapai? -- Microsoft mempunyai jawapan pertama.

Malah, seawal 2015, Microsoft mula mengkaji kebolehlaksanaan membina pusat data di bawah air, dan kemudian melancarkan Project Natick.

Dalam fasa pertama projek Natick, pada tahun 2015, pasukan penyelidik Microsoft menjalankan percubaan 105-hari untuk memaksimumkan perlindungan kebocoran, memastikan pusat data diletakkan dalam bekas kalis air. Percubaan itu berjaya: Microsoft mendapati bahawa rintangan air modul perkhidmatan boleh dijamin dalam air laut.

Jadi dalam fasa kedua, Microsoft cuba untuk menolak percubaan ke hadapan dan mendaratkan projek: "hantar data ke dasar laut" untuk melihat sama ada data boleh dipelihara dalam keadaan baik selepas beberapa tahun. Microsoft meletakkan pusat data dalam bekas keluli tertutup, mengisinya dengan nitrogen, dan kemudian menggunakan kapal selam untuk mengangkut kontena ke laut.

Eksperimen ini disokong oleh Pusat Tenaga Marin Eropah (EMEC): EMEC bukan sahaja menyediakan kepakaran dalam sokongan tenaga boleh diperbaharui, tetapi juga bertindak sebagai penasihat geografi di sekitar Orkney - EMEC malah menyediakan kabel dasar laut yang menghubungkan pusat data ke pantai.

Kapal selam yang membawa pelayan ke laut dalam dipanggil Leona Philpot, watak dari permainan Halo. Ia belayar ke dalam kegelapan Laut Utara berhampiran Ornik, Scotland.

Kenapa Orkney? Di satu pihak, kerana Orkney ialah pusat utama untuk penyelidikan tenaga boleh diperbaharui, Pusat Tenaga Marin Eropah (EMEC) telah bereksperimen dengan tenaga pasang surut dan ombak di sini selama 14 tahun. Sebaliknya, Orkney mempunyai iklim yang sejuk, yang membantu mengurangkan kos penyejukan untuk pusat data.

Microsoft telah meletakkan pusat data kurang daripada satu kilometer dari dasar laut dan menggunakan penderia alam sekitar di dalam petak putih bertekanan tinggi untuk memantau statusnya dalam masa nyata. Pusat data dan lautan adalah "lancar" : keperluan kuasa mereka ditangkap melalui kabel dasar laut, dan data mudah dihantar ke dunia yang lebih luas di luar pantai. Pada 2018, pusat data Microsoft North Sea telah disiapkan: sejumlah 864 pelayan, 27.6PB memori, untuk menguji prestasi, penyelaman mendalam selama dua tahun.

Malah, penyelidik paling bimbang tentang kerosakan pusat data: sebaik sahaja komputer di pusat data bawah air gagal, mereka tidak boleh dibaiki. Nasib baik, ia berjaya dengan baik. Menjelang Ogos 2020, semua komputer telah gagal - hanya lapan daripada lebih 800 gagal, kadar kegagalan yang lebih rendah berbanding pusat data berasaskan darat.

Bagaimana untuk mencapai kerugian yang rendah? Penyelidik projek itu membuat spekulasi bahawa, di satu pihak, cuaca sejuk bertindak sebagai penampan; Sebaliknya, nitrogen juga memainkan peranan pelindung. Ringkasnya, ujian berskala kecil ini mengesahkan lagi kemungkinan dan nilai simpanan bawah laut. Penyelidik projek berkata bahawa projek itu bukan sahaja mempunyai kadar kegagalan yang rendah, tetapi semua bekalan kuasa pusat data datang daripada tenaga angin dan suria, menggunakan sepenuhnya sumber semula jadi.

Di samping itu, sepadan dengan teori, kos pengurusan, kos pembinaan dan kerugian dalam menghadapi bencana alam dan kecemasan lain pusat data dasar laut semuanya lebih rendah daripada pusat data darat.

Namun, ini hanyalah kemenangan sementara. Jumlah lebih daripada 800 pelayan adalah jauh daripada jumlah pusat data berasaskan darat - lagipun, pusat data berasaskan darat mempunyai puluhan ribu pelayan. Dari satu segi, pusat data ini lebih eksperimen daripada praktikal, dan boleh dikatakan sebagai projek perintis kecil untuk Microsoft. Ketua Pegawai Eksekutif Microsoft Satya Nadella berkata pusat data bawah air itu akan meniru Project Natick di seluruh dunia.

Jika Microsoft ingin berjaya mempromosikan pusat data bawah laut, ia tidak boleh dilakukan tanpa memecahkan masalah sukar pada peringkat ini:

Pertama, percubaan Microsoft telah dipenuhi dengan banyak keraguan alam sekitar. Ian Bitterlin, seorang profesor kajian data, percaya bahawa haba yang dihasilkan oleh pusat data boleh menjejaskan suhu air laut. Bagaimana untuk membuktikan bahawa pusat data bawah laut tidak akan menyebabkan pencemaran yang lebih besar kepada persekitaran Marin dan cara mengelakkan kemungkinan risiko pencemaran perlu diselesaikan oleh pasukan Microsoft.

Kedua, kerosakan 8 pelayan di lebih daripada 800 pelayan nampaknya bukan jumlah yang besar, tetapi sebaik sahaja pusat data kapal selam dipromosikan, kerugian mungkin ratusan ribu unit, maka keperluan untuk membina bawah air yang sepadan stesen servis penyelenggaraan, serta penyelesaian penyelenggaraan peralatan yang lengkap.

Ketiga, seperti yang ditunjukkan oleh Ian Bitlin, pantai bukanlah tempat terbaik untuk membina pusat data - walaupun trafik di pantai jauh lebih tinggi daripada di hutan belantara, ia masih tidak seluas pusat data di bandar besar .

Sudah tentu, projek Natick bukan sekadar rangsangan untuk pembinaan pusat data bawah laut. Walaupun pusat data bawah laut tidak berskala, percubaan kreatif ini menawarkan pengajaran berharga untuk industri pusat data.

Sebagai contoh, apabila membina pusat data bawah air di Kepulauan Ornik, pasukan itu telah diilhamkan oleh tenaga elektrik yang disediakan oleh tenaga angin dan suria - para penyelidik berkata bahawa pada masa hadapan, mereka boleh mempertimbangkan untuk menggunakan pusat data bawah air dengan ladang angin luar pesisir, meminjam angin. tenaga untuk menggerakkan pusat data, membunuh dua burung dengan satu batu, atau bahkan mengikat talian kuasa darat pada kabel optik yang diperlukan untuk menghantar data.

Akibatnya, Microsoft sedang mencari cara untuk meniru manfaat model dasar laut ke dalam pusat data berasaskan darat - seperti kehausan pelayan yang rendah dan keselamatan yang tinggi.

Project Natick mempunyai potensi untuk merevolusikan penempatan pusat data, menyediakan fleksibiliti, pembinaan pantas dan penskalaan yang cekap. Walaupun Microsoft membayangkan untuk mereplikasi kejayaan Project Natick secara global, cabaran termasuk kebimbangan alam sekitar dan keperluan untuk stesen penyelenggaraan bawah air sekiranya berlaku penggunaan yang meluas. Eksperimen Microsoft bukan sahaja menolak sempadan teknologi tetapi juga menawarkan pandangan berharga untuk seluruh industri. Pendekatan inovatif Microsoft, sama ada berjaya atau tidak, menandakan satu langkah ke hadapan yang penting dalam industri pusat data.