Introducció
Pocs són conscients que el concepte de centres de dades submarins es va originar durant la ThinkWeek 2014 de Microsoft, una sessió de pluja d'idees interna. Va ser proposat per un empleat amb experiència operant submarins de la Marina. Microsoft va realitzar experiments inicials, submergint un centre de dades sota l'aigua durant cinc mesos amb resultats prometedors.
Més recentment, el 2018, Microsoft va enviar un submarí ple de servidors 864 i capaç d'emmagatzemar 27,6 petabytes de dades al fons de les illes Òrcades, al nord-est d'Escòcia. Dos anys més tard, el juny de 2020, Microsoft el va portar a terra per a l'avaluació. Els resultats mostren que el centre de dades submarí funciona millor que els centres de dades tradicionals en tots els aspectes, i la taxa de fallada a l'aigua és una vuitena part que a terra.
Per què Microsoft posa el seu centre de dades sota el mar? Després del pilot, es pot promoure a gran escala la construcció de centres de dades submarins?
Per què Microsoft tria els centres de dades submarins
La resposta és senzilla: maximitzar els recursos disponibles. Al mateix temps, resol moltes deficiències dels centres de dades terrestres.
En primer lloc, els centres de dades submarins són més segurs i estables: els centres de dades són delicats i estan plens de components altament sofisticats que es poden danyar per canvis de temperatura, corrosió de l'oxigen i fins i tot col·lisions en substituir peces danyades. Però en un entorn de buit on es pot controlar la temperatura, es pot extreure oxigen i vapor d'aigua i es pot aïllar la interferència humana, la seguretat i l'estabilitat del centre de dades es milloraran molt.
Sota el mar és, sens dubte, una font de dades ideal - no només aïllat de l'oxigen de la terra, el vapor d'aigua, i posar fi a la interferència humana.
En segon lloc, i el més important, els servidors refrigerats per aigua de mar tenen un avantatge únic i la refrigeració és una despesa important per als centres de dades terrestres. Segons dades públiques, el 41% del cost anual d'electricitat d'un centre de dades s'utilitza per a la refrigeració, i el consum anual d'electricitat dels centres de dades a tot el món representa al voltant del 2% de l'electricitat total del món. Entre ells, el cost del consum d'energia representa entre el 30% i el 50% de tota la indústria informàtica.
Per què és tan car la refrigeració? De fet, als centres de dades terrestres, normalment hi ha dues maneres de refredar les dades, una és utilitzar refrigeració mecànica, és a dir, refredar el servidor amb un sistema d'aire condicionat pesat, però aquest mètode de refrigeració necessita consumir molta electricitat cada cop. dia, i el cost ha estat elevat.
L'altre és refredar el servidor per evaporació d'aire i aigua. Aquest mètode naturalment dotat té un cost molt més baix que el primer, però també té els seus propis inconvenients: el grau de finalització i la qualitat de refrigeració estan determinats per la temperatura de l'aire exterior i les condicions de l'aigua, i la maniobrabilitat humana és massa baixa.
L'aigua de mar amb una capacitat calorífica més alta pot emmagatzemar l'excés de calor generat pel centre de dades: només es necessita un intercanviador de calor per transferir la calor del centre de dades a l'aigua de mar que l'envolta, per dir-ho així, és una combinació de dos mètodes tradicionals de refrigeració: estable. i lliure ús dels recursos naturals.
En tercer lloc, la densitat de població costanera és alta, la transmissió de dades és ràpida i l'eficiència de la computació en núvol és més alta: per estalviar costos de sòl i d'operació, els centres de dades tradicionals solen triar zones remotes poc poblades, cosa que condueix directament a una transmissió de dades massa lenta i massa. molt retard. Els centres de dades submarins són diferents:
Al voltant del 50% de la població mundial viu a menys de 150 quilòmetres d'una costa. Construir el centre de dades sota el mar estalvia costos i està a prop de zones residencials, matant dos ocells d'un tret.
A més, hi ha molts altres avantatges:
Per exemple, podem utilitzar l'energia mareomotriu de l'oceà per obtenir electricitat neutra en carboni a l'oceà; L'ample de banda submarí es pot connectar a través de canonades per accelerar la transmissió de dades; La burocracia tradicional es pot eludir quan es construeix un centre de dades submarí: els servidors es poden construir en sitges estanques a les línies de muntatge i enviar-los al mar amb un vaixell de càrrega per al seu desplegament. Com diu Microsoft, aquests servidors es poden desplegar en un termini de 90 dies; mentre que els centres de dades radials triguen entre un i dos anys a construir-se.
Teòricament, els centres de dades submarins tenen molts avantatges, per tant, fins a quin punt és difícil aconseguir-ho? -- Microsoft té la primera resposta.
Projecte Natick i construcció real de Microsoft
De fet, ja el 2015, Microsoft va començar a estudiar la viabilitat de construir centres de dades sota l'aigua i després va llançar el Projecte Natick.
A la primera fase del projecte Natick, el 2015, l'equip d'investigació de Microsoft va dur a terme un experiment de 105-dia per maximitzar la protecció contra les fuites, assegurant-se que el centre de dades es col·locava en un contenidor impermeable. L'experiment va ser un èxit: Microsoft va trobar que la resistència a l'aigua del mòdul de servei es podia garantir a l'aigua de mar.
Així, en la segona fase, Microsoft està intentant tirar endavant l'experiment i aterrar el projecte: "enviar les dades al fons de l'oceà" per veure si les dades es poden conservar en bon estat després d'uns anys. Microsoft va posar un centre de dades en un contenidor d'acer segellat, el va omplir de nitrogen i després va utilitzar un submarí per transportar el contenidor al mar.
L'experiment va comptar amb el suport del Centre Europeu d'Energia Marina (EMEC): EMEC no només va oferir experiència en suport d'energies renovables, sinó que també va actuar com a assessor geogràfic al voltant de les Orcades; EMEC fins i tot va proporcionar el cable submarí que connecta el centre de dades amb la costa.
El submarí que porta el servidor a les profunditats del mar es diu Leona Philpot, un personatge del joc Halo. Va navegar cap a la foscor del mar del Nord prop d'Ornik, Escòcia.
Per què Orkney? D'una banda, com que Orkney és un centre important per a la investigació d'energies renovables, el Centre Europeu d'Energia Marina (EMEC) fa 14 anys que aquí està experimentant amb l'energia mareomotriu i de les ones. D'altra banda, Orkney té un clima fred, que ajuda a reduir els costos de refrigeració dels centres de dades.
Microsoft ha col·locat el centre de dades a menys d'un quilòmetre del fons del mar i ha desplegat sensors ambientals dins de compartiments blancs d'alta pressió per controlar-ne l'estat en temps real. El centre de dades i l'oceà són "perfectes": les seves necessitats d'energia es capturen mitjançant cables submarins i les dades es transmeten fàcilment al món més ampli de la costa. El 2018, es va completar el centre de dades de Microsoft North Sea: un total de 864 servidors, 27,6 PB de memòria, per tal de provar el rendiment, una immersió profunda durant dos anys.
De fet, els investigadors estan més preocupats pels danys al centre de dades: un cop fallen els ordinadors del centre de dades submarí, no es poden reparar. Afortunadament, va sortir bé. A l'agost de 2020, tots els ordinadors es van salvar, només vuit de més de 800 fallaven, una taxa de fallada inferior a la dels centres de dades terrestres.
Com aconseguir pèrdues baixes? Els investigadors del projecte especulen que, d'una banda, el fred actuava com a amortidor; D'altra banda, el nitrogen també té un paper protector. En resum, aquesta prova a petita escala valida encara més la possibilitat i el valor de l'emmagatzematge submarí. Els investigadors del projecte van dir que el projecte no només té una baixa taxa de fracàs, sinó que tota la font d'alimentació del centre de dades prové de l'energia eòlica i solar, fent un ús total dels recursos naturals.
A més, segons la teoria, el cost de gestió, el cost de construcció i la pèrdua davant de desastres naturals i altres emergències del centre de dades submarí són tots inferiors al del centre de dades terrestre.
Tanmateix, aquesta és només una victòria temporal. El volum de més de 800 servidors està lluny del dels centres de dades terrestres; després de tot, els centres de dades terrestres tenen desenes de milers de servidors. En cert sentit, aquest centre de dades és més experimental que pràctic, i es pot dir que és un petit projecte pilot per a Microsoft. El CEO de Microsoft, Satya Nadella, va dir que el centre de dades submarí replicarà el projecte Natick a tot el món.
Reptes i perspectives de futur dels centres de dades submarins
Si Microsoft vol promocionar amb èxit el centre de dades submarí, no pot prescindir de trencar el difícil problema en aquesta etapa:
En primer lloc, l'experiment de Microsoft ha estat rebut amb molt d'escepticisme ambiental. Ian Bitterlin, professor d'estudis de dades, creu que la calor generada pels centres de dades pot afectar la temperatura de l'aigua de l'oceà. L'equip de Microsoft ha de resoldre com demostrar que el centre de dades submarí no causarà una major contaminació al medi marí i com evitar possibles riscos de contaminació.
En segon lloc, el dany de 8 servidors en més de 800 servidors no sembla ser un gran nombre, però una vegada que es promociona el centre de dades submarí, és probable que la pèrdua sigui de centenars de milers d'unitats, llavors la necessitat de construir el corresponent submarí. estació de servei de manteniment, així com solucions completes de manteniment d'equips.
En tercer lloc, com assenyala Ian Bitlin, la costa no és el millor lloc per construir un centre de dades; tot i que el trànsit a la costa és molt més alt que al desert, encara no és tan extens com el centre de dades de la gran ciutat. .
Per descomptat, el projecte Natick no és només un impuls per a la construcció de centres de dades submarins. Fins i tot si els centres de dades submarins no s'escalen, aquests experiments creatius ofereixen lliçons valuoses per a la indústria dels centres de dades.
Per exemple, quan es va construir un centre de dades submarins a les illes Ornik, l'equip es va inspirar en l'electricitat proporcionada per l'energia eòlica i solar; els investigadors van dir que, en el futur, podrien plantejar-se desplegar centres de dades submarins amb parcs eòlics marí, agafant préstec eòlic. energia per alimentar el centre de dades, matar dos ocells d'un tret o fins i tot lligar línies elèctriques terrestres als cables òptics necessaris per transmetre dades.
Com a resultat, Microsoft està buscant maneres de replicar els avantatges del model submarí en centres de dades terrestres, com ara un baix desgast del servidor i una alta seguretat.
Conclusió
El projecte Natick té el potencial de revolucionar el desplegament del centre de dades, proporcionant flexibilitat, construcció ràpida i escalat eficient. Tot i que Microsoft preveu replicar l'èxit del Projecte Natick a nivell mundial, els reptes inclouen preocupacions ambientals i la necessitat d'estacions de manteniment submarines en cas d'un desplegament generalitzat. Els experiments de Microsoft no només superen els límits de la tecnologia, sinó que també ofereixen informació valuosa per a tota la indústria. L'enfocament innovador de Microsoft, sigui reeixit o no, significa un pas endavant important en la indústria dels centres de dades.