Nașterea și dezvoltarea centrelor de date subacvatice

Puțini știu că conceptul de centre de date subacvatice a apărut în timpul ThinkWeek 2014 a Microsoft, o sesiune internă de brainstorming. A fost propus de un angajat cu experiență în operarea submarinelor marinei. Microsoft a efectuat experimente inițiale, scufundând un centru de date sub apă timp de cinci luni, cu rezultate promițătoare.

Cel mai recent, în 2018, Microsoft a trimis un submarin plin cu servere 864 și capabil să stocheze 27,6 petaocteți de date în partea de jos a insulelor Orkney, la nord-estul Scoției. Doi ani mai târziu, în iunie 2020, Microsoft a adus-o la țărm pentru evaluare. Rezultatele arată că centrul de date submarin are performanțe mai bune decât centrele de date tradiționale în toate aspectele, iar rata de eșec în apă este de o opteme față de cea de pe uscat.

De ce își pune Microsoft centrul de date sub mare? După pilot, se poate promova construcția centrelor de date submarine la scară largă?

Răspunsul este simplu: maximizați resursele disponibile. În același timp, rezolvă multe deficiențe ale centrelor de date terestre.

În primul rând, centrele de date submarine sunt mai sigure și mai stabile: centrele de date sunt delicate și pline cu componente extrem de sofisticate care pot fi deteriorate de schimbările de temperatură, coroziunea oxigenului și chiar coliziunile la înlocuirea pieselor deteriorate. Dar într-un mediu de vid în care temperatura poate fi controlată, oxigenul și vaporii de apă pot fi extrași și interferențele umane pot fi izolate, securitatea și stabilitatea centrului de date vor fi mult îmbunătățite.

Sub mare este, fără îndoială, o sursă de date ideală - nu numai izolată de oxigenul pământului, vaporii de apă și pune capăt interferențelor umane.

În al doilea rând, și cel mai important, serverele răcite cu apă de mare au un avantaj unic, iar răcirea este o cheltuială majoră pentru centrele de date terestre. Conform datelor publice, 41% din costul anual al energiei electrice al unui centru de date este utilizat pentru răcire, iar consumul anual de energie electrică al centrelor de date din întreaga lume reprezintă aproximativ 2% din totalul electricității mondiale. Printre acestea, costul consumului de energie reprezintă 30% până la 50% din întreaga industrie IT.

De ce este atât de scumpă răcirea? De fapt, în centrele de date terestre, există de obicei două moduri de a răci datele, una este de a utiliza răcirea mecanică, adică de a răci serverul cu un sistem greu de aer condiționat, dar această metodă de răcire trebuie să consume multă energie electrică la fiecare zi, iar costul a fost mare.

Celălalt este să răcești serverul prin evaporarea aerului și a apei. Această metodă înzestrată în mod natural este mult mai mică ca cost decât prima, dar are și propriile neajunsuri: gradul de finalizare și calitatea răcirii sunt determinate de temperatura aerului extern și de condițiile apei, iar manevrabilitatea umană este prea scăzută.

Apa de mare cu o capacitate termică mai mare poate stoca căldura în exces generată de centrul de date: este nevoie doar de un schimbător de căldură pentru a transfera căldura centrului de date în apa de mare din jur, ca să spunem așa, este o combinație a două metode tradiționale de răcire: stabilă și utilizarea liberă a resurselor naturale.

În al treilea rând, densitatea populației de coastă este mare, transmisia de date este rapidă și eficiența cloud computing este mai mare: pentru a economisi costurile de teren și de operare, centrele de date tradiționale aleg de obicei zone îndepărtate slab populate, ceea ce duce direct la transmiterea prea lentă a datelor și multă întârziere. Centrele de date submarine sunt diferite:

Aproximativ 50% din populația lumii trăiește pe o rază de 150 de kilometri de o coastă. Construirea centrului de date sub mare economisește costuri și este aproape de zonele rezidențiale, ucigând două păsări dintr-o singură piatră.

În plus, există multe alte avantaje:

De exemplu, putem folosi energia mareelor ​​oceanului pentru a obține electricitate neutră din punct de vedere al carbonului în ocean; Lățimea de bandă submarină poate fi conectată prin conducte pentru a accelera transmiterea datelor; Birocrația tradițională poate fi ocolită atunci când se construiește un centru de date submarin: serverele pot fi construite în silozuri etanșe pe liniile de asamblare și expediate în mare cu o navă de marfă pentru implementare. După cum spune Microsoft, aceste poduri de server pot fi implementate în 90 de zile; în timp ce centrele de date radiaționale durează unul până la doi ani pentru a construi.

Teoretic, centrele de date submarine au multe avantaje, deci cât de greu este de realizat? -- Microsoft are primul răspuns.

De fapt, încă din 2015, Microsoft a început să studieze fezabilitatea construirii centrelor de date sub apă, apoi a lansat Proiectul Natick.

În prima fază a proiectului Natick, în 2015, echipa de cercetare Microsoft a efectuat un experiment de 105-zi pentru a maximiza protecția împotriva scurgerilor, asigurându-se că centrul de date a fost plasat într-un container impermeabil. Experimentul a fost un succes: Microsoft a descoperit că rezistența la apă a modulului de service poate fi garantată în apa de mare.

Așa că în a doua fază, Microsoft încearcă să împingă experimentul înainte și să aterizeze proiectul: „trimite datele pe fundul oceanului” pentru a vedea dacă datele pot fi păstrate în stare bună după câțiva ani. Microsoft a pus un centru de date într-un container de oțel sigilat, l-a umplut cu azot și apoi a folosit un submarin pentru a transporta containerul în mare.

Experimentul a fost susținut de Centrul European de Energie Marină (EMEC): EMEC nu numai că a oferit expertiză în sprijinul energiei regenerabile, dar a acționat și ca consilier geografic în jurul Orkney - EMEC a furnizat chiar și cablul submarin care conectează centrul de date de coastă.

Submarinul care transportă serverul în marea adâncă se numește Leona Philpot, un personaj din jocul Halo. A navigat în întunericul Mării Nordului, lângă Ornik, Scoția.

De ce Orkney? Pe de o parte, deoarece Orkney este un centru major pentru cercetarea energiei regenerabile, Centrul European pentru Energie Marină (EMEC) experimentează aici de 14 ani energia mareelor ​​și valurilor. Pe de altă parte, Orkney are un climat rece, ceea ce ajută la reducerea costurilor de răcire pentru centrele de date.

Microsoft a amplasat centrul de date la mai puțin de un kilometru de fundul mării și a instalat senzori de mediu în compartimente albe, de înaltă presiune, pentru a-i monitoriza starea în timp real. Centrul de date și oceanul sunt „fără întreruperi”: nevoile lor de energie sunt captate prin cabluri submarine, iar datele sunt transmise cu ușurință către întreaga lume în largul coastei. În 2018, centrul de date Microsoft North Sea a fost finalizat: un total de 864 servere, 27,6 PB de memorie, pentru a testa performanța, o scufundare profundă timp de doi ani.

De fapt, cercetătorii sunt cel mai preocupați de deteriorarea centrului de date: odată ce computerele din centrul de date subacvatic se defectează, nu pot fi reparate. Din fericire, a ieșit bine. Până în august 2020, toate computerele au fost salvate - doar opt din cele peste 800 au eșuat, o rată de eșec mai mică decât în ​​centrele de date terestre.

Cum să obțineți o pierdere scăzută? Cercetătorii proiectului speculează că, pe de o parte, vremea rece a acționat ca un tampon; Pe de altă parte, azotul joacă și un rol protector. Pe scurt, acest test la scară mică validează și mai mult posibilitatea și valoarea stocării submarine. Cercetătorii proiectului au spus că proiectul nu numai că are o rată scăzută de eșec, dar toată sursa de alimentare a centrului de date provine din energia eoliană și solară, utilizând pe deplin resursele naturale.

În plus, corespunzător teoriei, costul de management, costul construcției și pierderile în fața dezastrelor naturale și a altor situații de urgență ale centrului de date submarin sunt toate mai mici decât cele ale centrului de date terestre.

Cu toate acestea, aceasta este doar o victorie temporară. Volumul a peste 800 de servere este departe de cel al centrelor de date terestre - la urma urmei, centrele de date terestre au zeci de mii de servere. Într-un fel, acest centru de date este mai mult experimental decât practic și se poate spune că este un mic proiect pilot pentru Microsoft. CEO-ul Microsoft, Satya Nadella, a declarat că centrul de date subacvatic va replica proiectul Natick în întreaga lume.

Dacă Microsoft dorește să promoveze cu succes centrul de date submarin, nu se poate descurca fără a rezolva problema dificilă în această etapă:

În primul rând, experimentul Microsoft a fost întâmpinat cu mult scepticism ecologic. Ian Bitterlin, profesor de studii de date, consideră că căldura generată de centrele de date poate afecta temperatura apei oceanului. Cum să demonstrezi că centrul de date submarin nu va provoca o poluare mai mare a mediului marin și cum să eviți eventualele riscuri de poluare trebuie rezolvat de echipa Microsoft.

În al doilea rând, deteriorarea a 8 servere în mai mult de 800 de servere nu pare să fie un număr mare, dar odată ce centrul de date submarin este promovat, pierderea este probabil să fie de sute de mii de unități, atunci necesitatea de a construi subacvatic corespunzătoare. service de întreținere, precum și soluții complete de întreținere a echipamentelor.

În al treilea rând, așa cum subliniază Ian Bitlin, coasta nu este cel mai bun loc pentru a construi un centru de date - chiar dacă traficul de pe coastă este mult mai mare decât în ​​sălbăticie, încă nu este la fel de extins ca centrul de date din orașul mare. .

Desigur, proiectul Natick nu este doar un impuls pentru construcția centrelor de date submarine. Chiar dacă centrele de date submarine nu se extind, aceste experimente creative oferă lecții valoroase pentru industria centrelor de date.

De exemplu, la construirea unui centru de date subacvatic în Insulele Ornik, echipa s-a inspirat din energia electrică furnizată de energia eoliană și solară - cercetătorii au spus că, în viitor, ar putea lua în considerare implementarea centrelor de date subacvatice cu parcuri eoliene offshore, împrumutând vânt. energie pentru alimentarea centrului de date, ucigând două păsări dintr-o singură lovitură sau chiar legând liniile electrice de pe uscat de cablurile optice necesare transmiterii datelor.

Drept urmare, Microsoft caută modalități de a replica beneficiile modelului submarin în centre de date terestre - cum ar fi uzura scăzută a serverului și securitatea ridicată.

Proiectul Natick are potențialul de a revoluționa implementarea centrelor de date, oferind flexibilitate, construcție rapidă și scalare eficientă. În timp ce Microsoft are în vedere replicarea succesului Proiectului Natick la nivel global, provocările includ preocupările de mediu și nevoia de stații de întreținere subacvatice în cazul unei implementări pe scară largă. Experimentele Microsoft nu numai că depășesc limitele tehnologiei, dar oferă și informații valoroase pentru întreaga industrie. Abordarea inovatoare a Microsoft, indiferent dacă este de succes sau nu, înseamnă un pas semnificativ înainte în industria centrelor de date.