Раждането и развитието на подводните центрове за данни

Малцина знаят, че концепцията за подводни центрове за данни възниква по време на ThinkWeek на Microsoft през 2014 г., вътрешна мозъчна атака. Той беше предложен от служител с опит в управлението на подводници на ВМС. Microsoft проведе първоначални експерименти, потапяйки център за данни под вода за пет месеца с обещаващи резултати.

Съвсем наскоро, през 2018 г., Microsoft изпрати подводница, пълна с 864 сървъри и способна да съхранява 27,6 петабайта данни до дъното на Оркнейските острови, североизточно от Шотландия. Две години по-късно, през юни 2020 г., Microsoft го извади на брега за оценка. Резултатите показват, че подводният център за данни работи по-добре от традиционните центрове за данни във всички аспекти, а процентът на откази във вода е една осма от този на сушата.

Защо Microsoft поставя своя център за данни под морето? След пилота, може ли изграждането на подводни центрове за данни да бъде насърчено в голям мащаб?

Отговорът е прост: максимизиране на наличните ресурси. В същото време решава много недостатъци на наземните центрове за данни.

Първо, подводните центрове за данни са по-безопасни и по-стабилни: центровете за данни са деликатни и изпълнени с изключително сложни компоненти, които могат да бъдат повредени от температурни промени, кислородна корозия и дори сблъсъци при подмяна на повредени части. Но във вакуумна среда, където температурата може да се контролира, кислородът и водните пари могат да бъдат извлечени и човешката намеса може да бъде изолирана, сигурността и стабилността на центъра за данни ще бъдат значително подобрени.

Под морето несъмнено е идеален източник на данни - не само изолиран от сушата кислород, водни пари и слага край на човешката намеса.

Второ и най-важно, охлажданите с морска вода сървъри имат уникално предимство, а охлаждането е основен разход за наземните центрове за данни. Според публични данни 41% от годишните разходи за електроенергия на един център за данни се използват за охлаждане, а годишното потребление на електроенергия от центровете за данни в световен мащаб възлиза на около 2% от общата световна електроенергия. Сред тях разходите за потребление на енергия представляват 30% до 50% от цялата ИТ индустрия.

Защо охлаждането е толкова скъпо? Всъщност в наземните центрове за данни обикновено има два начина за охлаждане на данни, единият е да се използва механично охлаждане, тоест да се охлади сървърът с тежка климатична система, но този метод на охлаждане трябва да консумира много електроенергия всеки ден, а цената е висока.

Другото е да охладите сървъра чрез изпаряване на въздух и вода. Този естествено надарен метод е много по-евтин от първия, но има и своите недостатъци: степента на завършване и качеството на охлаждане се определят от външната температура на въздуха и условията на водата, а човешката маневреност е твърде ниска.

Морската вода с по-висок топлинен капацитет може да съхранява излишната топлина, генерирана от центъра за данни: необходим е само топлообменник, за да прехвърли топлината от центъра за данни към околната морска вода, така да се каже, е комбинация от два традиционни метода на охлаждане: стабилен и свободно използване на природните ресурси.

Трето, гъстотата на крайбрежното население е висока, предаването на данни е бързо и ефективността на облачните изчисления е по-висока: за да спестят земя и оперативни разходи, традиционните центрове за данни обикновено избират слабо населени отдалечени райони, което директно води до твърде бавно предаване на данни и също много забавяне. Подводните центрове за данни са различни:

Около 50 процента от населението на света живее в рамките на 150 километра от бреговата линия. Изграждането на центъра за данни под морето спестява разходи и е близо до жилищни райони, убивайки два заека с един камък.

Освен това има много други предимства:

Например, можем да използваме приливната енергия на океана, за да получим въглеродно неутрално електричество в океана; Подводната честотна лента може да бъде свързана чрез тръбопроводи за ускоряване на предаването на данни; Традиционната бюрокрация може да бъде заобиколена при изграждането на подводен център за данни: сървърите могат да бъдат построени във водонепроницаеми силози на монтажни линии и изпратени в морето с товарен кораб за внедряване. Както казва Microsoft, тези сървърни модули могат да бъдат внедрени в рамките на 90 дни; докато изграждането на традиционни центрове за данни отнема една до две години.

Теоретично, подводните центрове за данни имат много предимства, така че колко трудно е да се постигне? -- Microsoft има първия отговор.

Всъщност още през 2015 г. Microsoft започна да проучва осъществимостта на изграждането на центрове за данни под вода и след това стартира Project Natick.

В първата фаза на проекта Natick през 2015 г. изследователският екип на Microsoft проведе 105--дневен експеримент, за да увеличи максимално защитата от течове, като гарантира, че центърът за данни е поставен във водоустойчив контейнер. Експериментът беше успешен: Microsoft установи, че водоустойчивостта на сервизния модул може да бъде гарантирана в морска вода.

Така че във втората фаза Microsoft се опитва да прокара експеримента напред и да приземи проекта: „изпратете данните на океанското дъно“, за да видите дали данните могат да бъдат запазени в добро състояние след няколко години. Microsoft постави център за данни в запечатан стоманен контейнер, напълни го с азот и след това използва подводница, за да транспортира контейнера в морето.

Експериментът беше подкрепен от Европейския център за морска енергия (EMEC): EMEC не само предостави експертен опит в подкрепата на възобновяемата енергия, но също така действаше като географски съветник около Оркни - EMEC дори предостави подводния кабел, който свързва центъра за данни с брега.

Подводницата, носеща сървъра в дълбокото море, се казва Леона Филпот, герой от играта Halo. Той отплава в тъмнината на Северно море близо до Орник, Шотландия.

Защо Оркни? От една страна, тъй като Оркни е основен център за изследване на възобновяемата енергия, Европейският център за морска енергия (EMEC) експериментира с енергията на приливите и вълните тук от 14 години. От друга страна, Оркни има студен климат, което помага за намаляване на разходите за охлаждане на центровете за данни.

Microsoft постави центъра за данни на по-малко от километър от морското дъно и разположи сензори за околната среда в бели отделения с високо налягане, за да наблюдава състоянието му в реално време. Центърът за данни и океанът са „безпроблемни“: техните нужди от енергия се улавят чрез подводни кабели, а данните се предават лесно до по-широкия свят край брега. През 2018 г. центърът за данни на Microsoft в Северно море беше завършен: общо 864 сървъри, 27,6 PB памет, за да се тества производителността, дълбоко гмуркане за две години.

Всъщност изследователите са най-загрижени за щетите в центъра за данни: след като компютрите в подводния център за данни се повредят, те не могат да бъдат поправени. За щастие се получи добре. До август 2020 г. всички компютри бяха спасени - само осем от повече от 800 се отказаха, което е по-нисък процент на отказ, отколкото в наземните центрове за данни.

Как да постигнем ниска загуба? Изследователите на проекта спекулират, че от една страна, студеното време е действало като буфер; От друга страна, азотът играе и защитна роля. Накратко, този малък тест допълнително потвърждава възможността и стойността на подводното съхранение. Изследователите на проекта казаха, че проектът не само има нисък процент на отказ, но и цялото захранване на центъра за данни идва от вятърна и слънчева енергия, като се използват пълноценно природните ресурси.

Освен това, в съответствие с теорията, разходите за управление, разходите за строителство и загубите при природни бедствия и други извънредни ситуации на подводния център за данни са по-ниски от тези на наземния център за данни.

Това обаче е само временна победа. Обемът от повече от 800 сървъра е далеч от този на наземните центрове за данни - все пак наземните центрове за данни имат десетки хиляди сървъри. В известен смисъл този център за данни е по-скоро експериментален, отколкото практичен и може да се каже, че е малък пилотен проект за Microsoft. Изпълнителният директор на Microsoft Сатя Надела каза, че подводният център за данни ще възпроизведе Project Natick по целия свят.

Ако Microsoft иска успешно да популяризира подводния център за данни, не може да мине, без да наруши трудния проблем на този етап:

Първо, експериментът на Microsoft беше посрещнат с много екологичен скептицизъм. Иън Битерлин, професор по изследвания на данни, вярва, че топлината, генерирана от центровете за данни, може да повлияе на температурите на океанската вода. Как да се докаже, че подводният център за данни няма да причини по-голямо замърсяване на морската среда и как да се избегнат възможни рискове от замърсяване, трябва да бъде решено от екипа на Microsoft.

Второ, повредата на 8 сървъра в повече от 800 сървъра не изглежда голям брой, но след като подводният център за данни бъде популяризиран, загубата вероятно ще бъде стотици хиляди единици, тогава необходимостта от изграждане на съответния подводен сервиз за поддръжка, както и цялостни решения за поддръжка на оборудване.

Трето, както посочва Иън Битлин, крайбрежието не е най-доброто място за изграждане на център за данни - въпреки че трафикът на брега е много по-висок, отколкото в пустинята, той все още не е толкова обширен, колкото центърът за данни в големия град .

Разбира се, проектът Natick не е само тласък за изграждането на подводен център за данни. Дори ако подводните центрове за данни не се мащабират, тези творчески експерименти предлагат ценни уроци за индустрията на центровете за данни.

Например, при изграждането на подводен център за данни на островите Орник, екипът беше вдъхновен от електричеството, осигурено от вятърна и слънчева енергия - изследователите казаха, че в бъдеще могат да обмислят разполагането на подводни центрове за данни с офшорни вятърни паркове, заимствайки вятър енергия за захранване на центъра за данни, убиване на два заека с един камък или дори свързване на наземни електропроводи към оптичните кабели, необходими за предаване на данни.

В резултат на това Microsoft търси начини да копира предимствата на подводния модел в наземни центрове за данни - като ниско износване на сървъра и висока сигурност.

Проектът Natick има потенциала да революционизира внедряването на центрове за данни, осигурявайки гъвкавост, бързо изграждане и ефективно мащабиране. Въпреки че Microsoft предвижда възпроизвеждане на успеха на Project Natick в световен мащаб, предизвикателствата включват опасения за околната среда и необходимостта от подводни станции за поддръжка в случай на широко разпространено внедряване. Експериментите на Microsoft не само разширяват границите на технологиите, но също така предлагат ценни прозрения за цялата индустрия. Иновативният подход на Microsoft, независимо дали е успешен или не, означава значителна крачка напред в индустрията на центровете за данни.