Nastanak i razvoj podvodnih podatkovnih centara

Rijetki su svjesni da je koncept podvodnih podatkovnih centara nastao tijekom Microsoftovog ThinkWeeka 2014., interne sesije brainstorminga. Predložio ga je zaposlenik s iskustvom upravljanja mornaričkim podmornicama. Microsoft je proveo početne pokuse, potopivši podatkovni centar pod vodu na pet mjeseci s obećavajućim rezultatima.

Nedavno, 2018., Microsoft je poslao podmornicu prepunu 864 poslužitelja i sposobnu za pohranu 27,6 petabajta podataka na dno Orkneyskih otoka, sjeveroistočno od Škotske. Dvije godine kasnije, u lipnju 2020., Microsoft ga je iznio na kopno na procjenu. Rezultati pokazuju da podmorski podatkovni centar radi bolje od tradicionalnih podatkovnih centara u svim aspektima, a stopa kvarova u vodi je jedna osmina one na kopnu.

Zašto Microsoft stavlja svoj podatkovni centar u more? Može li se, nakon pilota, izgradnja podmorskih podatkovnih centara promicati u velikim razmjerima?

Odgovor je jednostavan: maksimalno iskoristite dostupne resurse. Istovremeno, rješava mnoge nedostatke kopnenih podatkovnih centara.

Prvo, podvodni podatkovni centri su sigurniji i stabilniji: podatkovni centri su osjetljivi i ispunjeni visoko sofisticiranim komponentama koje mogu oštetiti promjene temperature, korozija kisikom, pa čak i sudari prilikom zamjene oštećenih dijelova. Ali u vakuumskom okruženju gdje se temperatura može kontrolirati, kisik i vodena para mogu ekstrahirati, a ljudsko uplitanje može biti izolirano, sigurnost i stabilnost podatkovnog centra bit će znatno poboljšani.

Pod morem je nedvojbeno idealan izvor podataka - ne samo izoliran od kopnenog kisika, vodene pare, već je i stavljena točka na ljudsko uplitanje.

Drugo, i najvažnije, poslužitelji hlađeni morskom vodom imaju jedinstvenu prednost, a hlađenje je veliki trošak za podatkovne centre na kopnu. Prema javnim podacima, 41% godišnjih troškova električne energije podatkovnog centra koristi se za hlađenje, a godišnja potrošnja električne energije podatkovnih centara u svijetu čini oko 2% ukupne svjetske električne energije. Među njima, trošak potrošnje energije čini 30% do 50% cjelokupne IT industrije.

Zašto je hlađenje tako skupo? Zapravo, u kopnenim podatkovnim centrima obično postoje dva načina za hlađenje podataka, jedan je korištenje mehaničkog hlađenja, odnosno hlađenje poslužitelja s teškim klimatizacijskim sustavom, ali ovaj način hlađenja treba trošiti puno električne energije svakih dan, a cijena je visoka.

Drugi je hlađenje poslužitelja isparavanjem zraka i vode. Ova prirodno darovana metoda mnogo je jeftinija od prethodne, ali ima i svoje nedostatke: stupanj dovršenosti i kvaliteta hlađenja određeni su vanjskom temperaturom zraka i uvjetima vode, a ljudska sposobnost manevriranja je preniska.

Morska voda s većim toplinskim kapacitetom može pohraniti višak topline koju stvara podatkovni centar: potreban je samo izmjenjivač topline za prijenos topline podatkovnog centra na okolnu morsku vodu, da tako kažemo, kombinacija je dviju tradicionalnih metoda hlađenja: stabilnog i slobodno korištenje prirodnih resursa.

Treće, gustoća obalnog stanovništva je velika, prijenos podataka je brz, a učinkovitost računalstva u oblaku je veća: kako bi se uštedjelo zemljište i operativni troškovi, tradicionalni podatkovni centri obično biraju rijetko naseljena udaljena područja, što izravno dovodi do presporog prijenosa podataka i previše mnogo kašnjenja. Podvodni podatkovni centri razlikuju se:

Oko 50 posto svjetskog stanovništva živi unutar 150 kilometara od obale. Izgradnja podatkovnog centra ispod mora štedi troškove i blizu je stambenih područja, ubijajući dvije muhe jednim udarcem.

Osim toga, postoje mnoge druge prednosti:

Na primjer, možemo koristiti energiju plime i oseke oceana da dobijemo ugljično neutralnu električnu energiju u oceanu; Podvodna propusnost može se povezati kroz cjevovode za ubrzanje prijenosa podataka; Tradicionalna birokratija može se zaobići pri izgradnji podvodnog podatkovnog centra: poslužitelji se mogu izgraditi u vodonepropusnim silosima na montažnim trakama i otpremiti na more teretnim brodom radi postavljanja. Kao što Microsoft kaže, ove podove poslužitelja mogu se postaviti u roku od 90 dana; dok je za izgradnju tradicionalnih podatkovnih centara potrebna jedna do dvije godine.

Teoretski, podmorski podatkovni centri imaju mnoge prednosti, pa koliko je to teško postići? -- Microsoft ima prvi odgovor.

Naime, već 2015. godine Microsoft je počeo proučavati izvedivost izgradnje podatkovnih centara pod vodom, a zatim je pokrenuo projekt Natick.

U prvoj fazi projekta Natick, 2015., Microsoftov istraživački tim proveo je 105--dnevni eksperiment kako bi se maksimizirala zaštita od curenja, osiguravajući da je podatkovni centar smješten u vodootporni spremnik. Eksperiment je bio uspješan: Microsoft je otkrio da vodootpornost servisnog modula može biti zajamčena u morskoj vodi.

Dakle, u drugoj fazi, Microsoft pokušava pogurati eksperiment i pokrenuti projekt: "pošalji podatke na dno oceana" da vidi mogu li se podaci sačuvati u dobrom stanju nakon nekoliko godina. Microsoft je stavio podatkovni centar u zapečaćeni čelični spremnik, napunio ga dušikom, a zatim podmornicom transportirao spremnik u more.

Eksperiment je podržao Europski centar za pomorsku energiju (EMEC): EMEC ne samo da je pružio stručnost u podršci obnovljivoj energiji, već je djelovao i kao geografski savjetnik oko Orkneya - EMEC je čak osigurao podvodni kabel koji povezuje podatkovni centar s obalom.

Podmornica koja nosi server u duboko more zove se Leona Philpot, lik iz igre Halo. Uplovio je u tamu Sjevernog mora u blizini Ornika u Škotskoj.

Zašto Orkney? S jedne strane, budući da je Orkney glavni centar za istraživanje obnovljivih izvora energije, Europski centar za pomorsku energiju (EMEC) već 14 godina ovdje eksperimentira s energijom plime i valova. S druge strane, Orkney ima hladnu klimu, što pomaže smanjiti troškove hlađenja podatkovnih centara.

Microsoft je podatkovni centar smjestio manje od kilometra od morskog dna i postavio senzore za okoliš unutar bijelih visokotlačnih odjeljaka za praćenje njegovog statusa u stvarnom vremenu. Podatkovni centar i ocean "bešavno su spojeni": njihove potrebe za električnom energijom bilježe se putem podvodnih kabela, a podaci se lako prenose u svijet izvan obale. U 2018. dovršen je Microsoftov podatkovni centar u Sjevernom moru: ukupno 864 poslužitelja, 27,6 PB memorije, kako bi se testirale performanse, dubinski zaron na dvije godine.

Zapravo, istraživače najviše brine oštećenje podatkovnog centra: kada računala u podvodnom podatkovnom centru zakažu, ne mogu se popraviti. Srećom, dobro je ispalo. Do kolovoza 2020. sva su računala bila popravljena - samo osam od više od 800 nije uspjelo, što je niža stopa kvarova nego u zemaljskim podatkovnim centrima.

Kako postići niske gubitke? Istraživači projekta nagađaju da je, s jedne strane, hladno vrijeme djelovalo kao tampon; S druge strane, dušik ima i zaštitnu ulogu. Ukratko, ovaj mali test dodatno potvrđuje mogućnost i vrijednost podmorskog skladištenja. Istraživači projekta rekli su da projekt ne samo da ima nisku stopu kvarova, već da cjelokupno napajanje podatkovnog centra dolazi iz energije vjetra i sunca, čime se u potpunosti iskorištavaju prirodni resursi.

Osim toga, u skladu s teorijom, troškovi upravljanja, troškovi izgradnje i gubici u slučaju prirodnih katastrofa i drugih hitnih slučajeva podmorskog podatkovnog centra niži su od kopnenog podatkovnog centra.

Međutim, ovo je samo privremena pobjeda. Količina od više od 800 poslužitelja daleko je od količine zemaljskih podatkovnih centara – na kraju krajeva, zemaljski podatkovni centri imaju desetke tisuća poslužitelja. U određenom je smislu ovaj podatkovni centar više eksperimentalan nego praktičan i može se reći da je mali pilot projekt za Microsoft. Izvršni direktor Microsofta Satya Nadella rekao je da će podvodni podatkovni centar replicirati projekt Natick diljem svijeta.

Ako Microsoft želi uspješno promovirati podmorski podatkovni centar, ne može bez rješavanja teškog problema u ovoj fazi:

Prvo, Microsoftov eksperiment naišao je na mnogo ekološkog skepticizma. Ian Bitterlin, profesor proučavanja podataka, vjeruje da toplina koju generiraju podatkovni centri može utjecati na temperaturu oceanske vode. Kako dokazati da podmorski podatkovni centar neće uzrokovati veće onečišćenje morskog okoliša i kako izbjeći moguće rizike onečišćenja treba riješiti Microsoftov tim.

Drugo, šteta od 8 poslužitelja u više od 800 poslužitelja ne čini se velikim brojem, ali nakon što se podmorski podatkovni centar promovira, gubitak će vjerojatno biti stotine tisuća jedinica, a zatim potreba za izgradnjom odgovarajućeg podvodnog servisna stanica za održavanje, kao i kompletna rješenja za održavanje opreme.

Treće, kao što ističe Ian Bitlin, obala nije najbolje mjesto za izgradnju podatkovnog centra - iako je promet na obali mnogo veći nego u divljini, još uvijek nije tako velik kao podatkovni centar u velikom gradu. .

Naravno, projekt Natick nije samo poticaj za podvodnu izgradnju podatkovnog centra. Čak i ako se podmorski podatkovni centri ne skaliraju, ovi kreativni eksperimenti nude vrijedne lekcije za industriju podatkovnih centara.

Na primjer, pri izgradnji podvodnog podatkovnog centra na otocima Ornik, tim je bio inspiriran električnom energijom koju dobivaju vjetar i solarna energija - istraživači su rekli da bi u budućnosti mogli razmotriti postavljanje podvodnih podatkovnih centara s pučinskim vjetroelektranama, posuđivanjem vjetra energije za napajanje podatkovnog centra, ubijajući dvije muhe jednim udarcem ili čak povezujući kopnene dalekovode s optičkim kabelima potrebnim za prijenos podataka.

Kao rezultat toga, Microsoft traži načine za preslikavanje prednosti podmorskog modela u podatkovne centre na kopnu – poput niskog trošenja poslužitelja i visoke sigurnosti.

Projekt Natick ima potencijal za revoluciju u postavljanju podatkovnog centra, pružajući fleksibilnost, brzu izgradnju i učinkovito skaliranje. Dok Microsoft predviđa repliciranje uspjeha projekta Natick na globalnoj razini, izazovi uključuju zabrinutost za okoliš i potrebu za podvodnim stanicama za održavanje u slučaju široke primjene. Microsoftovi eksperimenti ne samo da pomiču granice tehnologije, već nude i vrijedne uvide za cijelu industriju. Microsoftov inovativni pristup, bio uspješan ili ne, predstavlja značajan korak naprijed u industriji podatkovnih centara.