Zemūdens datu centru rašanās un attīstība

Tikai daži zina, ka zemūdens datu centru koncepcija radās Microsoft 2014. gada ThinkWeek iekšējās prāta vētras sesijas laikā. To ierosināja darbinieks ar pieredzi Jūras spēku zemūdenēs. Microsoft veica sākotnējos eksperimentus, iegremdējot datu centru zem ūdens uz pieciem mēnešiem ar daudzsološiem rezultātiem.

Pavisam nesen, 2018. gadā, Microsoft nosūtīja uz Orkneju salu dibenu uz ziemeļaustrumiem no Skotijas zemūdeni, kas bija aprīkota ar 864 serveriem un spēj uzglabāt 27,6 petabaitus datu. Divus gadus vēlāk, 2020. gada jūnijā, Microsoft to nogādāja krastā novērtēšanai. Rezultāti liecina, ka zemūdens datu centrs visos aspektos darbojas labāk nekā tradicionālie datu centri, un atteices līmenis ūdenī ir viena astotā daļa nekā uz sauszemes.

Kāpēc Microsoft novieto savu datu centru zem jūras? Vai pēc pilota izmēģinājuma zemūdens datu centru celtniecību var veicināt plašā mērogā?

Atbilde ir vienkārša: maksimāli izmantojiet pieejamos resursus. Tajā pašā laikā tas atrisina daudzas zemes datu centru nepilnības.

Pirmkārt, zemūdens datu centri ir drošāki un stabilāki: datu centri ir delikāti un piepildīti ar ļoti sarežģītiem komponentiem, kurus var sabojāt temperatūras izmaiņas, skābekļa korozija un pat sadursmes, nomainot bojātās daļas. Bet vakuuma vidē, kur var kontrolēt temperatūru, iegūt skābekli un ūdens tvaikus un izolēt cilvēku iejaukšanos, datu centra drošība un stabilitāte tiks ievērojami uzlabota.

Zem jūras neapšaubāmi ir ideāls datu avots - ne tikai izolēts no sauszemes skābekļa, ūdens tvaikiem un izbeidz cilvēku iejaukšanos.

Otrkārt, un vissvarīgākais, jūras ūdens dzesēšanas serveriem ir unikāla priekšrocība, un dzesēšana ir lielas izmaksas sauszemes datu centriem. Saskaņā ar publiskajiem datiem 41% no datu centra gada elektroenerģijas izmaksām tiek izmantoti dzesēšanai, un datu centru gada elektroenerģijas patēriņš visā pasaulē veido aptuveni 2% no pasaules kopējās elektroenerģijas. Tostarp enerģijas patēriņa izmaksas veido 30% līdz 50% no visas IT nozares.

Kāpēc dzesēšana ir tik dārga? Faktiski sauszemes datu centros parasti ir divi veidi, kā atdzesēt datus, viens ir izmantot mehānisko dzesēšanu, tas ir, atdzesēt serveri ar smagu gaisa kondicionēšanas sistēmu, taču šai dzesēšanas metodei katru reizi ir jāpatērē daudz elektrības. dienā, un izmaksas ir bijušas augstas.

Otrs ir serveri atdzesēt ar gaisa un ūdens iztvaikošanu. Šī dabiski apdāvinātā metode ir daudz zemāka par iepriekšējo, taču tai ir arī savi trūkumi: pabeigtības pakāpi un dzesēšanas kvalitāti nosaka ārējā gaisa temperatūra un ūdens apstākļi, un cilvēka manevrētspēja ir pārāk zema.

Jūras ūdens ar lielāku siltuma jaudu var uzglabāt lieko siltumu, ko rada datu centrs: ir nepieciešams tikai siltummainis, lai datu centra siltumu pārnestu uz apkārtējo jūras ūdeni, tā teikt, ir divu tradicionālu dzesēšanas metožu kombinācija: stabils un dabas resursu brīva izmantošana.

Treškārt, piekrastes iedzīvotāju blīvums ir augsts, datu pārraide ir ātra un mākoņdatošanas efektivitāte ir augstāka: lai ietaupītu zemi un ekspluatācijas izmaksas, tradicionālie datu centri parasti izvēlas mazapdzīvotus attālos apgabalus, kas tieši noved pie pārāk lēnas datu pārraides un pārāk. liela kavēšanās. Zemūdens datu centri ir dažādi:

Apmēram 50 procenti pasaules iedzīvotāju dzīvo 150 kilometru attālumā no krasta līnijas. Datu centra celtniecība zem jūras ietaupa izmaksas un atrodas tuvu dzīvojamiem rajoniem, nogalinot divus putnus ar vienu akmeni.

Turklāt ir daudz citu priekšrocību:

Piemēram, mēs varam izmantot okeāna paisuma un paisuma enerģiju, lai okeānā iegūtu oglekļa neitrālu elektroenerģiju; Zemūdens joslas platumu var savienot, izmantojot cauruļvadus, lai paātrinātu datu pārraidi; Tradicionālo birokrātiju var apiet, veidojot zemūdens datu centru: serverus var iebūvēt ūdensnecaurlaidīgos tvertnēs uz montāžas līnijām un nosūtīt jūrā ar kravas kuģi izvietošanai. Kā saka Microsoft, šos serveru komplektus var izvietot 90 dienu laikā; tā kā radiālo datu centru izveide aizņem vienu līdz divus gadus.

Teorētiski zemūdens datu centriem ir daudz priekšrocību, tad cik grūti to sasniegt? -- Microsoft ir pirmā atbilde.

Faktiski jau 2015. gadā Microsoft sāka pētīt datu centru būvniecības iespējas zem ūdens un pēc tam uzsāka projektu Natick.

Projekta Natick pirmajā fāzē 2015. gadā Microsoft pētījumu grupa veica 105-dienas eksperimentu, lai maksimāli palielinātu aizsardzību pret noplūdēm, nodrošinot datu centra ievietošanu ūdensnecaurlaidīgā konteinerā. Eksperiments bija veiksmīgs: Microsoft atklāja, ka servisa moduļa ūdensizturība var tikt garantēta jūras ūdenī.

Tātad otrajā fāzē Microsoft mēģina virzīt eksperimentu uz priekšu un īstenot projektu: "nosūtīt datus uz okeāna dibenu", lai noskaidrotu, vai datus var saglabāt labā stāvoklī pēc dažiem gadiem. Microsoft ievietoja datu centru noslēgtā tērauda konteinerā, piepildīja to ar slāpekli un pēc tam izmantoja zemūdeni, lai transportētu konteineru jūrā.

Eksperimentu atbalstīja Eiropas Jūras enerģijas centrs (EMEC): EMEC ne tikai sniedza zināšanas atjaunojamās enerģijas atbalsta jomā, bet arī darbojās kā ģeogrāfiskais padomnieks Orknejā – EMEC pat nodrošināja zemūdens kabeli, kas savieno datu centru ar krastu.

Zemūdeni, kas ved serveri dziļjūrā, sauc Leona Philpot, varonis no spēles Halo. Tas ielidoja Ziemeļjūras tumsā netālu no Ornikas, Skotijā.

Kāpēc Orknijs? No vienas puses, tā kā Orknija ir nozīmīgs atjaunojamās enerģijas pētniecības centrs, Eiropas Jūras enerģijas centrs (EMEC) šeit ir eksperimentējis ar plūdmaiņu un viļņu enerģiju jau 14 gadus. No otras puses, Orknejā ir auksts klimats, kas palīdz samazināt datu centru dzesēšanas izmaksas.

Microsoft ir izvietojusi datu centru mazāk nekā kilometra attālumā no jūras dibena un izvietojusi vides sensorus baltos, augsta spiediena nodalījumos, lai uzraudzītu tā statusu reāllaikā. Datu centrs un okeāns ir "nevainojami": to enerģijas vajadzības tiek uztvertas, izmantojot zemūdens kabeļus, un dati tiek viegli pārsūtīti uz plašāku pasauli piekrastē. 2018. gadā tika pabeigts Microsoft Ziemeļjūras datu centrs: kopā 864 serveri, 27,6 PB atmiņa, lai pārbaudītu veiktspēju, dziļa niršana divus gadus.

Patiesībā pētniekus visvairāk satrauc datu centra bojājumi: tiklīdz zemūdens datu centra datori sabojājas, tos vairs nevar salabot. Par laimi, tas izdevās labi. Līdz 2020. gada augustam visi datori tika izglābti — tikai astoņi no vairāk nekā 800 datoriem atteicās, kas ir zemāks atteices līmenis nekā sauszemes datu centros.

Kā panākt zemu zaudējumu? Projekta pētnieki spekulē, ka, no vienas puses, aukstais laiks darbojās kā buferis; No otras puses, slāpeklim ir arī aizsargājoša loma. Īsāk sakot, šis maza mēroga tests vēl vairāk apstiprina zemūdens uzglabāšanas iespēju un vērtību. Projekta pētnieki sacīja, ka projektam ir ne tikai zems atteices līmenis, bet visa datu centra elektroapgāde tiek nodrošināta no vēja un saules enerģijas, pilnībā izmantojot dabas resursus.

Turklāt saskaņā ar teoriju zemūdens datu centra pārvaldības izmaksas, būvniecības izmaksas un zaudējumi dabas katastrofu un citu ārkārtas situāciju gadījumā ir zemāki nekā sauszemes datu centram.

Tomēr tā ir tikai īslaicīga uzvara. Vairāk nekā 800 serveru apjoms ir tālu no sauszemes datu centru apjoma — galu galā sauszemes datu centros ir desmitiem tūkstošu serveru. Savā ziņā šis datu centrs ir vairāk eksperimentāls nekā praktisks, un var teikt, ka tas ir neliels Microsoft izmēģinājuma projekts. Microsoft izpilddirektors Satja Nadella sacīja, ka zemūdens datu centrs replicēs Project Natick visā pasaulē.

Ja Microsoft vēlas veiksmīgi reklamēt zemūdens datu centru, tas nevar iztikt bez sarežģītās problēmas novēršanas šajā posmā:

Pirmkārt, Microsoft eksperiments tika uztverts ar lielu vides skepticismu. Datu pētījumu profesors Ians Biterlins uzskata, ka datu centru radītais siltums var ietekmēt okeāna ūdens temperatūru. Kā pierādīt, ka zemūdens datu centrs neradīs lielāku jūras vides piesārņojumu un kā izvairīties no iespējamiem piesārņojuma riskiem, jārisina Microsoft komandai.

Otrkārt, 8 serveru bojājumi vairāk nekā 800 serveros, šķiet, nav liels skaits, taču, tiklīdz tiks veicināts zemūdens datu centrs, zaudējumi, visticamāk, būs simtiem tūkstošu vienību, tad vajadzēs būvēt atbilstošu zemūdens. apkopes servisa stacija, kā arī pilni iekārtu apkopes risinājumi.

Treškārt, kā norāda Īans Bitlins, piekraste nav labākā vieta, kur būvēt datu centru – lai arī satiksme piekrastē ir daudz lielāka nekā tuksnesī, tā tomēr nav tik plaša kā datu centrs lielajā pilsētā. .

Protams, Natick projekts nav tikai stimuls zemūdens datu centru būvniecībai. Pat ja zemūdens datu centri nav mērogoti, šie radošie eksperimenti piedāvā vērtīgas mācības datu centru nozarei.

Piemēram, veidojot zemūdens datu centru Orniku salās, komanda iedvesmojās no vēja un saules enerģijas nodrošinātās elektrības - pētnieki sacīja, ka nākotnē viņi varētu apsvērt iespēju izvietot zemūdens datu centrus ar jūras vēja parkiem, aizņemties vēju. enerģiju datu centra darbināšanai, nogalinot divus putnus ar vienu akmeni vai pat savienojot sauszemes elektropārvades līnijas ar optiskajiem kabeļiem, kas nepieciešami datu pārraidei.

Rezultātā Microsoft meklē veidus, kā izmantot zemūdens modeļa priekšrocības sauszemes datu centros, piemēram, zemu serveru nodilumu un augstu drošību.

Projektam Natick ir potenciāls revolucionizēt datu centra izvietošanu, nodrošinot elastību, ātru uzbūvi un efektīvu mērogošanu. Lai gan Microsoft plāno atkārtot Project Natick panākumus visā pasaulē, problēmas ietver vides problēmas un nepieciešamību pēc zemūdens apkopes stacijām plašas izvēršanas gadījumā. Microsoft eksperimenti ne tikai pārkāpj tehnoloģiju robežas, bet arī piedāvā vērtīgu ieskatu visai nozarei. Microsoft novatoriskā pieeja, neatkarīgi no tā, vai tā ir veiksmīga vai nē, nozīmē nozīmīgu soli uz priekšu datu centru nozarē.