Rođenje i razvoj podvodnih centara podataka

Malo je svesno da je koncept podvodnih data centara nastao tokom Microsoftovog ThinkWeek-a 2014. godine, interne sesije razmišljanja. Predložio ga je zaposlenik s iskustvom u upravljanju mornaričkim podmornicama. Microsoft je sproveo početne eksperimente, potopivši centar podataka pod vodu na pet mjeseci sa obećavajućim rezultatima.

Nedavno, 2018. godine, Microsoft je poslao podmornicu prepunu 864 servera i sposobnu pohraniti 27,6 petabajta podataka na dno Orkneyskih ostrva, sjeveroistočno od Škotske. Dvije godine kasnije, u junu 2020., Microsoft ga je iznio na obalu 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 od one na kopnu.

Zašto Microsoft stavlja svoj data centar pod more? Može li se nakon pilot-projekta izgradnja podmorskih data centara promovirati u velikim razmjerima?

Odgovor je jednostavan: maksimizirajte raspoložive resurse. Istovremeno, rješava mnoge nedostatke zemljišnih podatkovnih centara.

Prvo, podmorski podatkovni centri su sigurniji i stabilniji: podatkovni centri su osjetljivi i ispunjeni vrlo sofisticiranim komponentama koje se mogu oštetiti promjenama temperature, kisikom korozije, pa čak i sudarima prilikom zamjene oštećenih dijelova. Ali u vakuumskom okruženju u kojem se temperatura može kontrolisati, kisik i vodena para mogu se ekstrahirati, a ljudska smetnja može biti izolirana, sigurnost i stabilnost podatkovnog centra će biti znatno poboljšane.

Pod morem je nesumnjivo idealan izvor podataka - ne samo izolovan od kiseonika, vodene pare sa kopna, i stati na kraj ljudskom mešanju.

Drugo, i najvažnije, serveri hlađeni morskom vodom imaju jedinstvenu prednost, a hlađenje je veliki trošak za kopnene centre podataka. Prema javnim podacima, 41% godišnjih troškova električne energije data centra se koristi za hlađenje, a godišnja potrošnja električne energije data centara širom svijeta čini oko 2% ukupne svjetske električne energije. Među njima, trošak potrošnje energije čini 30% do 50% cjelokupne IT industrije.

Zašto je hlađenje tako skupo? U stvari, u kopnenim data centrima obično postoje dva načina za hlađenje podataka, jedan je korištenje mehaničkog hlađenja, odnosno hlađenje servera teškim sistemom klimatizacije, ali ovaj način hlađenja treba da troši mnogo električne energije svaki dan, a cijena je bila visoka.

Drugi je hlađenje servera isparavanjem zraka i vode. Ova prirodno darovana metoda je mnogo niža od prethodne, ali ima i svoje nedostatke: stepen dovršenosti i kvalitet hlađenja određuju vanjska temperatura zraka i uslovi vode, a ljudska manevarska sposobnost je preniska.

Morska voda većeg toplotnog kapaciteta može pohraniti višak toplote koju generiše data centar: potreban je samo izmjenjivač topline za prijenos topline podatkovnog centra u okolnu morsku vodu, da tako kažem, kombinacija je dvije tradicionalne metode hlađenja: stabilnog i besplatno korišćenje prirodnih resursa.

Treće, gustina obalnog stanovništva je velika, prijenos podataka je brz, a efikasnost računarstva u oblaku veća: da bi uštedjeli zemljište i operativne troškove, tradicionalni podatkovni centri obično biraju rijetko naseljena udaljena područja, što direktno dovodi do presporog prijenosa podataka i previše mnogo kašnjenja. Podmorski podatkovni centri su različiti:

Oko 50 posto svjetske populacije živi u krugu od 150 kilometara od obale. Izgradnja data centra pod morem štedi troškove i nalazi se u blizini stambenih područja, ubijajući dvije muhe jednim udarcem.

Osim toga, postoje mnoge druge prednosti:

Na primjer, možemo koristiti energiju plime i oseke okeana da dobijemo ugljično neutralnu električnu energiju u okeanu; Podmorski propusni opseg može se povezati putem cjevovoda kako bi se ubrzao prijenos podataka; Tradicionalna birokracija se može zaobići prilikom izgradnje podmorskog data centra: serveri se mogu izgraditi u vodonepropusnim silosima na montažnim linijama i otpremiti na more teretnim brodom radi postavljanja. Kao što Microsoft kaže, ovi serverski moduli se mogu postaviti u roku od 90 dana; dok je za izgradnju radijalnih centara podataka potrebna jedna do dvije godine.

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

Naime, Microsoft je već 2015. počeo proučavati izvodljivost izgradnje podatkovnih centara pod vodom, a zatim je pokrenuo Project Natick.

U prvoj fazi Natick projekta, 2015. godine, Microsoft istraživački tim je proveo 105-dnevni eksperiment kako bi maksimizirao zaštitu od curenja, osiguravajući da je podatkovni centar smješten u vodootporni kontejner. Eksperiment je bio uspješan: Microsoft je otkrio da vodootpornost servisnog modula može biti zagarantovana u morskoj vodi.

Dakle, u drugoj fazi, Microsoft pokušava pogurati eksperiment naprijed i pokrenuti projekt: "pošalji podatke na dno oceana" kako bi vidio da li se podaci mogu sačuvati u dobrom stanju nakon nekoliko godina. Microsoft je stavio data centar u zapečaćeni čelični kontejner, napunio ga dušikom, a zatim koristio podmornicu za transport kontejnera u more.

Eksperiment je podržao Evropski centar za morsku energiju (EMEC): EMEC ne samo da je pružio stručnost u podršci obnovljivoj energiji, već je bio i geografski savjetnik oko Orkneyja - EMEC je čak obezbijedio i podmorski 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 kod Ornika u Škotskoj.

Zašto Orkney? S jedne strane, budući da je Orkney glavni centar za istraživanje obnovljive energije, Evropski centar za morsku energiju (EMEC) već 14 godina eksperimentira s energijom plime i plime i valova. S druge strane, Orkney ima hladnu klimu, što pomaže da se smanje troškovi hlađenja za podatkovne centre.

Microsoft je postavio podatkovni centar na manje od kilometra od morskog dna i postavio senzore okoliša unutar bijelih odjeljaka pod visokim pritiskom kako bi pratili njegov status u realnom vremenu. Data centar i okean su "bešavni": njihove potrebe za električnom energijom su zarobljene preko podmorskih kablova, a podaci se lako prenose širom svijeta s obale. 2018. godine završen je Microsoftov data centar u Sjevernom moru: ukupno 864 servera, 27,6 PB memorije, u cilju testiranja performansi, dubinsko zaron u dvije godine.

U stvari, istraživači su najviše zabrinuti zbog oštećenja data centra: kada računari u podvodnom data centru pokvare, ne mogu se popraviti. Srećom, dobro je ispalo. Do avgusta 2020. svi računari su spašeni – samo osam od više od 800 je pokvarilo, što je niža stopa kvarova nego u zemaljskim data centrima.

Kako postići mali gubitak? Istraživači projekta spekulišu da je, s jedne strane, hladno vreme delovalo kao tampon; S druge strane, dušik također igra zaštitnu ulogu. Ukratko, ovaj test manjeg obima dodatno potvrđuje mogućnost i vrijednost podmorskog skladištenja. Istraživači projekta rekli su da projekat ne samo da ima nisku stopu kvarova, već i cjelokupno napajanje podatkovnog centra dolazi iz energije vjetra i sunca, čime se u potpunosti koriste prirodni resursi.

Osim toga, u skladu s teorijom, troškovi upravljanja, troškovi izgradnje i gubici suočeni sa prirodnim katastrofama i drugim hitnim situacijama podmorskog podatkovnog centra su niži od kopnenog podatkovnog centra.

Međutim, ovo je samo privremena pobjeda. Obim od više od 800 servera daleko je od obima zemaljskih data centara - na kraju krajeva, zemaljski data centri imaju desetine hiljada servera. U određenom smislu, ovaj centar podataka je više eksperimentalan nego praktičan, i može se reći da je mali pilot projekat za Microsoft. Izvršni direktor Microsofta Satya Nadella rekao je da će podvodni podatkovni centar replicirati Project Natick širom svijeta.

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

Prvo, Microsoftov eksperiment naišao je na dosta ekološkog skepticizma. Ian Bitterlin, profesor studija podataka, vjeruje da toplina koju generiraju podatkovni centri može utjecati na temperaturu vode u oceanu. Kako dokazati da podmorski podatkovni centar neće uzrokovati veće zagađenje morskog okoliša i kako izbjeći moguće rizike od zagađenja treba riješiti Microsoftov tim.

Drugo, oštećenje 8 servera na više od 800 servera ne izgleda kao veliki broj, ali kada se podmorski data centar promoviše, gubitak će vjerovatno biti stotine hiljada jedinica, a onda će biti potrebno izgraditi odgovarajući podvodni centar. servisna stanica, kao i kompletna rješenja za održavanje opreme.

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

Naravno, Natick projekat nije samo poticaj za izgradnju podmorskih podatkovnih centara. Čak i ako se podmorski podatkovni centri ne povećavaju, ovi kreativni eksperimenti nude vrijedne lekcije za industriju podatkovnih centara.

Na primjer, prilikom izgradnje podvodnog podatkovnog centra na otocima Ornik, tim je bio inspiriran električnom energijom vjetra i solarne energije - istraživači su rekli da bi u budućnosti mogli razmisliti o postavljanju podvodnih podatkovnih centara s vjetroelektranama na moru, posuđivanju vjetra energije za napajanje podatkovnog centra, ubijanje dvije muhe jednim udarcem, ili čak vezanje kopnenih dalekovoda za optičke kablove potrebne za prijenos podataka.

Kao rezultat toga, Microsoft traži načine da preslika prednosti podmorskog modela u kopnene podatkovne centre – kao što je nisko trošenje servera i visoka sigurnost.

Project Natick ima potencijal da revolucioniše implementaciju data centara, pružajući fleksibilnost, brzu konstrukciju i efikasno skaliranje. Iako Microsoft predviđa globalno repliciranje uspjeha projekta Natick, izazovi uključuju brige o okolišu i potrebu za podvodnim stanicama za održavanje u slučaju široko rasprostranjene primjene. Microsoftovi eksperimenti ne samo da pomjeraju granice tehnologije, već nude i vrijedne uvide za cijelu industriju. Microsoftov inovativni pristup, bio uspješan ili ne, označava značajan korak naprijed u industriji podatkovnih centara.