Рождение и развитие подводных центров обработки данных

Мало кто знает, что концепция подводных центров обработки данных возникла во время Microsoft ThinkWeek 2014 года — внутреннего мозгового штурма. Его предложил сотрудник, имеющий опыт эксплуатации подводных лодок ВМФ. Microsoft провела первоначальные эксперименты, погрузив центр обработки данных под воду на пять месяцев, и получила многообещающие результаты.

Совсем недавно, в 2018 году, Microsoft отправила на дно Оркнейских островов, к северо-востоку от Шотландии, подводную лодку, наполненную серверами 864 и способную хранить 27,6 петабайт данных. Два года спустя, в июне 2020 года, Microsoft представила его для оценки. Результаты показывают, что подводный центр обработки данных работает лучше, чем традиционные центры обработки данных во всех аспектах, а частота отказов в воде составляет одну восьмую от уровня на суше.

Почему Microsoft помещает свой центр обработки данных под воду? После пилотного проекта можно ли будет продвигать строительство подводных центров обработки данных в больших масштабах?

Ответ прост: максимально использовать имеющиеся ресурсы. В то же время это решает многие недостатки наземных центров обработки данных.

Во-первых, подводные дата-центры безопаснее и стабильнее: дата-центры хрупкие и наполнены сложными компонентами, которые могут быть повреждены перепадами температур, кислородной коррозией и даже столкновениями при замене поврежденных деталей. Но в вакуумной среде, где можно контролировать температуру, извлекать кислород и водяной пар и изолировать вмешательство человека, безопасность и стабильность центра обработки данных будут значительно улучшены.

Под водой, несомненно, находится идеальный источник данных: он не только изолирован от земного кислорода и водяного пара, но и положил конец вмешательству человека.

Во-вторых, что наиболее важно, серверы с охлаждением морской водой имеют уникальное преимущество, а охлаждение является основной статьей расходов для наземных центров обработки данных. По общедоступным данным, 41% годовой стоимости электроэнергии дата-центра используется для охлаждения, а годовое потребление электроэнергии дата-центрами по всему миру составляет около 2% от общего объема электроэнергии в мире. Среди них стоимость энергопотребления составляет от 30% до 50% всей ИТ-индустрии.

Почему охлаждение такое дорогое? Фактически, в наземных центрах обработки данных обычно есть два способа охлаждения данных: один — использовать механическое охлаждение, то есть охлаждать сервер с помощью мощной системы кондиционирования воздуха, но этот метод охлаждения должен потреблять много электроэнергии каждый раз. день, и цена была высокой.

Второй вариант — охлаждение сервера за счет воздуха и испарения воды. Этот дарованный от природы способ значительно дешевле первого, но имеет и свои недостатки: степень полноты и качество охлаждения определяются внешней температурой воздуха и состоянием воды, а маневренность человека слишком низка.

Морская вода с более высокой теплоемкостью может хранить избыточное тепло, вырабатываемое дата-центром: нужен только теплообменник для передачи тепла дата-центра окружающей морской воде, так сказать, представляет собой комбинацию двух традиционных методов охлаждения: стабильный и свободное использование природных ресурсов.

В-третьих, плотность прибрежного населения высока, передача данных быстрая, а эффективность облачных вычислений выше: в целях экономии земли и эксплуатационных расходов традиционные центры обработки данных обычно выбирают малонаселенные отдаленные районы, что напрямую приводит к слишком медленной передаче данных и слишком большая задержка. Подводные дата-центры бывают разные:

Около 50 процентов населения мира проживает в пределах 150 километров от береговой линии. Строительство центра обработки данных под водой экономит средства и находится недалеко от жилых районов, убивая двух зайцев одним выстрелом.

Кроме того, есть много других преимуществ:

Например, мы можем использовать энергию приливов океана для получения углеродно-нейтральной электроэнергии в океане; Подводную полосу пропускания можно подключить через трубопроводы для ускорения передачи данных; Традиционную бюрократическую волокиту можно обойти при строительстве подводного центра обработки данных: серверы можно встроить в водонепроницаемые бункеры на сборочных линиях и отправить в море на грузовом корабле для развертывания. Как заявляет Microsoft, эти серверные модули можно развернуть в течение 90 дней; тогда как на строительство традиционных центров обработки данных уходит от одного до двух лет.

Теоретически подводные дата-центры имеют множество преимуществ, так насколько же сложно их достичь? -- У Microsoft есть первый ответ.

Фактически, еще в 2015 году Microsoft начала изучать возможность строительства дата-центров под водой, а затем запустила Project Natick.

На первом этапе проекта Natick в 2015 году исследовательская группа Microsoft провела 105-дневный эксперимент, чтобы максимизировать защиту от утечек, гарантируя, что центр обработки данных будет помещен в водонепроницаемый контейнер. Эксперимент удался: Microsoft обнаружила, что водонепроницаемость сервисного модуля можно гарантировать в морской воде.

Итак, на втором этапе Microsoft пытается продвинуть эксперимент и реализовать проект: «отправить данные на дно океана», чтобы посмотреть, можно ли сохранить данные в хорошем состоянии через несколько лет. Microsoft поместила дата-центр в герметичный стальной контейнер, наполнила его азотом, а затем использовала подводную лодку для транспортировки контейнера в море.

Эксперимент был поддержан Европейским центром морской энергии (EMEC): EMEC не только предоставил экспертные знания в области поддержки возобновляемых источников энергии, но также выступил в качестве географического консультанта на Оркнейских островах — EMEC даже предоставил подводный кабель, который соединяет центр обработки данных с побережьем.

Подводную лодку, уносящую сервер в глубокое море, зовут Леона Филпот, персонаж из игры Halo. Он плыл во тьме Северного моря недалеко от Орника, Шотландия.

Почему Оркнейские острова? С одной стороны, поскольку Оркнейские острова являются крупным центром исследований в области возобновляемых источников энергии, Европейский центр морской энергии (EMEC) уже 14 лет экспериментирует здесь с энергией приливов и волн. С другой стороны, на Оркнейских островах холодный климат, что помогает снизить затраты на охлаждение центров обработки данных.

Microsoft разместила центр обработки данных менее чем в километре от морского дна и разместила датчики окружающей среды внутри белых отсеков с высоким давлением, чтобы отслеживать его состояние в режиме реального времени. Центр обработки данных и океан «неразрывны»: их потребности в электроэнергии улавливаются по подводным кабелям, а данные легко передаются по всему миру у побережья. В 2018 году завершено строительство дата-центра Microsoft в Северном море: всего 864 серверов, 27,6 ПБ памяти, для проверки производительности, глубокое погружение в течение двух лет.

На самом деле исследователей больше всего беспокоит повреждение дата-центра: если компьютеры в подводном дата-центре выйдут из строя, их невозможно будет починить. К счастью, все обошлось. К августу 2020 года все компьютеры были утилизированы: из более чем 800 вышли из строя только восемь, что меньше, чем в наземных центрах обработки данных.

Как добиться минимальных потерь? Исследователи проекта предполагают, что, с одной стороны, холодная погода сыграла роль буфера; С другой стороны, азот играет и защитную роль. Короче говоря, это мелкомасштабное испытание еще раз подтверждает возможность и ценность подводного хранения. Исследователи проекта заявили, что проект не только имеет низкий уровень отказов, но и все электроснабжение центра обработки данных осуществляется за счет энергии ветра и солнца, что позволяет полностью использовать природные ресурсы.

Кроме того, в соответствии с теорией, затраты на управление, стоимость строительства и потери в случае стихийных бедствий и других чрезвычайных ситуаций в подводном центре обработки данных ниже, чем в наземном центре обработки данных.

Однако это лишь временная победа. Объём более 800 серверов далек от объёма наземных дата-центров — ведь наземные дата-центры имеют десятки тысяч серверов. В каком-то смысле этот дата-центр является скорее экспериментальным, чем практичным, и его можно назвать небольшим пилотным проектом Microsoft. Генеральный директор Microsoft Сатья Наделла заявил, что подводный центр обработки данных будет копировать проект Natick по всему миру.

Если Microsoft хочет успешно продвигать подводный дата-центр, ей не обойтись без решения сложной проблемы на этом этапе:

Во-первых, эксперимент Microsoft был встречен с большим экологическим скептицизмом. Ян Биттерлин, профессор исследования данных, считает, что тепло, выделяемое центрами обработки данных, может влиять на температуру воды в океане. Как доказать, что подводный центр обработки данных не вызовет большего загрязнения морской среды и как избежать возможных рисков загрязнения, необходимо решить команде Microsoft.

Во-вторых, повреждение 8 серверов из более чем 800 серверов не кажется большим, но как только подводный центр обработки данных будет повышен, потери, вероятно, составят сотни тысяч единиц, тогда необходимо построить соответствующий подводный центр. станция технического обслуживания, а также комплексные решения по техническому обслуживанию оборудования.

В-третьих, как указывает Ян Битлин, побережье — не лучшее место для строительства дата-центра — хотя трафик на побережье гораздо выше, чем в дикой местности, он все равно не такой обширный, как дата-центр в большом городе. .

Конечно, проект Натик — это не просто толчок строительству подводных центров обработки данных. Даже если подводные центры обработки данных не масштабируются, эти творческие эксперименты преподносят ценные уроки для индустрии центров обработки данных.

Например, при строительстве подводного дата-центра на островах Орник команду вдохновила электроэнергия, вырабатываемая ветром и солнечной энергией — исследователи заявили, что в будущем они могли бы рассмотреть возможность развертывания подводных дата-центров с морскими ветряными электростанциями, заимствовав ветровые электростанции. энергии для питания центра обработки данных, убивая двух зайцев одним выстрелом или даже подключая береговые линии электропередачи к оптическим кабелям, необходимым для передачи данных.

В результате Microsoft ищет способы воспроизвести преимущества подводной модели в наземных центрах обработки данных, такие как низкий износ серверов и высокий уровень безопасности.

Проект Natick может совершить революцию в развертывании центров обработки данных, обеспечивая гибкость, быстрое строительство и эффективное масштабирование. Хотя Microsoft планирует повторить успех проекта «Натик» во всем мире, проблемы включают экологические проблемы и потребность в подводных станциях технического обслуживания в случае его широкого развертывания. Эксперименты Microsoft не только расширяют границы технологий, но и предлагают ценную информацию для всей отрасли. Инновационный подход Microsoft, независимо от того, успешен он или нет, означает значительный шаг вперед в индустрии центров обработки данных.