Рођење и развој подводних центара података

Мало је свесно да је концепт подводних центара података настао током Мицрософтовог ТхинкВеек-а 2014. године, интерне сесије размишљања. Предложио га је запослени са искуством у управљању морнаричким подморницама. Мицрософт је спровео почетне експерименте, потопивши центар података под воду на пет месеци са обећавајућим резултатима.

Недавно, 2018. године, Мицрософт је послао подморницу препуну 864 сервера и способну да ускладишти 27,6 петабајта података на дно Оркнијских острва, североисточно од Шкотске. Две године касније, у јуну 2020., Мицрософт га је изнео на обалу на процену. Резултати показују да подморски дата центар ради боље од традиционалних центара података у свим аспектима, а стопа кварова у води је једна осмина од оне на копну.

Зашто Мицрософт свој центар података ставља под море? Након пилота, може ли се у великој мери промовисати изградња подморских дата центара?

Одговор је једноставан: максимизирајте расположиве ресурсе. Истовремено, решава многе недостатке земљишних дата центара.

Прво, подморски дата центри су безбеднији и стабилнији: центри података су деликатни и испуњени веома софистицираним компонентама које могу бити оштећене променама температуре, корозијом кисеоника, па чак и сударима приликом замене оштећених делова. Али у вакуумском окружењу где се температура може контролисати, кисеоник и водена пара могу да се екстрахују, а људска сметња може бити изолована, безбедност и стабилност центра података ће бити знатно побољшани.

Под морем је несумњиво идеалан извор података - не само изолован од кисеоника, водене паре са копна, и стављена тачка на људско мешање.

Друго, и најважније, сервери хлађени морском водом имају јединствену предност, а хлађење је велики трошак за копнене центре података. Према јавним подацима, 41% годишњих трошкова електричне енергије дата центра се користи за хлађење, а годишња потрошња електричне енергије дата центара широм света чини око 2% укупне светске електричне енергије. Међу њима, трошак потрошње енергије чини 30% до 50% целокупне ИТ индустрије.

Зашто је хлађење тако скупо? У ствари, у копненим дата центрима обично постоје два начина за хлађење података, један је коришћење механичког хлађења, односно хлађење сервера тешким системом за климатизацију, али овај начин хлађења треба да троши много електричне енергије сваки дана, а цена је била висока.

Други је да се сервер охлади испаравањем ваздуха и воде. Овај природно надарени метод је много нижи по цени од претходног, али има и своје недостатке: степен завршености и квалитет хлађења одређују спољна температура ваздуха и услови воде, а маневарска способност човека је сувише мала.

Морска вода са већим топлотним капацитетом може да складишти вишак топлоте коју генерише дата центар: потребан је само измењивач топлоте да пренесе топлоту дата центра у околну морску воду, да тако кажем, комбинација је две традиционалне методе хлађења: стабилног и бесплатно коришћење природних ресурса.

Треће, густина приобалног становништва је велика, пренос података је брз, а ефикасност рачунарства у облаку већа: да би уштедели земљиште и оперативне трошкове, традиционални центри података обично бирају слабо насељена удаљена подручја, што директно доводи до сувише спорог преноса података и превише много кашњења. Подморски дата центри су различити:

Око 50 одсто светске популације живи у кругу од 150 километара од обале. Изградња дата центра под морем штеди трошкове и близу је стамбених подручја, убијајући две муве једним ударцем.

Поред тога, постоје многе друге предности:

На пример, можемо да користимо енергију плиме и осеке океана да добијемо угљеник неутралну електричну енергију у океану; Подморски пропусни опсег може се повезати путем цевовода да би се убрзао пренос података; Традиционална бирокрација се може заобићи приликом изградње подморског дата центра: сервери се могу изградити у водонепропусним силосима на монтажним линијама и отпремити на море теретним бродом ради постављања. Као што Мицрософт каже, ови серверски модули се могу применити у року од 90 дана; док је за изградњу радијалних центара података потребна једна до две године.

Теоретски, подморски центри података имају много предности, па колико је то тешко постићи? -- Мицрософт има први одговор.

У ствари, већ 2015. године, Мицрософт је почео да проучава изводљивост изградње центара података под водом, а затим је покренуо Пројецт Натицк.

У првој фази Натицк пројекта, 2015. године, Мицрософт истраживачки тим је спровео 105-дневни експеримент како би максимизирао заштиту од цурења, обезбеђујући да је центар података смештен у водоотпорни контејнер. Експеримент је био успешан: Мицрософт је открио да водоотпорност сервисног модула може бити загарантована у морској води.

Дакле, у другој фази, Мајкрософт покушава да унапреди експеримент и спроведе пројекат: „пошаљи податке на дно океана“ да види да ли се подаци могу сачувати у добром стању након неколико година. Мајкрософт је ставио дата центар у запечаћени челични контејнер, напунио га азотом, а затим је користио подморницу за транспорт контејнера у море.

Експеримент је подржао Европски морски енергетски центар (ЕМЕЦ): ЕМЕЦ не само да је пружио експертизу у подршци обновљивим изворима енергије, већ је такође деловао као географски саветник око Оркнија - ЕМЕЦ је чак обезбедио и подморски кабл који повезује центар података са обалом.

Подморница која носи сервер у дубоко море се зове Леона Пхилпот, лик из игре Хало. Упловио је у таму Северног мора код Орника у Шкотској.

Зашто Оркнеи? С једне стране, пошто је Оркнеи главни центар за истраживање обновљиве енергије, Европски центар за морску енергију (ЕМЕЦ) експериментише са енергијом плиме и таласа овде већ 14 година. С друге стране, Оркнеи има хладну климу, што помаже да се смање трошкови хлађења центара података.

Мицрософт је поставио центар података на мање од километра од морског дна и поставио сензоре животне средине у беле одељке под високим притиском како би пратили његов статус у реалном времену. Дата центар и океан су „беспрекорни“: њихове потребе за енергијом се прикупљају преко подморских каблова, а подаци се лако преносе широм света са обале. 2018. године завршен је Мицрософт центар података у Северном мору: укупно 864 сервера, 27,6 ПБ меморије, у циљу тестирања перформанси, дубински зарон две године.

У ствари, истраживачи су највише забринути због оштећења дата центра: када рачунари у подводном центру података покваре, не могу се поправити. На срећу, добро је испало. До августа 2020. сви рачунари су спашени – само осам од више од 800 је покварило, што је нижа стопа отказа него у земаљским центрима података.

Како постићи мали губитак? Истраживачи пројекта спекулишу да је, с једне стране, хладно време деловало као тампон; С друге стране, азот такође игра заштитну улогу. Укратко, овај тест мањег обима додатно потврђује могућност и вредност подморског складиштења. Истраживачи пројекта рекли су да пројекат не само да има ниску стопу неуспеха, већ целокупно напајање дата центра долази из енергије ветра и сунца, чиме се у потпуности користе природни ресурси.

Поред тога, у складу са теоријом, трошкови управљања, трошкови изградње и губици суочени са природним катастрофама и другим ванредним ситуацијама у подморском дата центру су нижи од копненог дата центра.

Међутим, ово је само привремена победа. Обим од више од 800 сервера је далеко од обима земаљских центара података - на крају крајева, земаљски дата центри имају десетине хиљада сервера. У извесном смислу, овај центар података је више експерименталан него практичан, и може се рећи да је мали пилот пројекат за Мицрософт. Извршни директор Мајкрософта Сатја Надела рекао је да ће подводни центар података реплицирати Пројецт Натицк широм света.

Ако Мицрософт жели да успешно промовише подморски центар података, не може без решавања тешког проблема у овој фази:

Прво, Мицрософтов експеримент наишао је на много скептицизма у вези са животном средином. Иан Биттерлин, професор студија података, верује да топлота коју стварају центри података може утицати на температуру воде у океану. Како доказати да подморски дата центар неће изазвати веће загађење морске средине и како избећи могуће ризике од загађења треба да реши Мицрософт тим.

Друго, оштећење 8 сервера на више од 800 сервера не изгледа као велики број, али када се подморски дата центар унапреди, губитак ће вероватно бити стотине хиљада јединица, а онда ће бити потребно изградити одговарајући подводни центар. сервисна станица за одржавање, као и комплетна решења за одржавање опреме.

Треће, како истиче Иан Битлин, обала није најбоље место за изградњу дата центра – иако је саобраћај на обали много већи него у дивљини, он још увек није тако обиман као центар података у великом граду .

Наравно, пројекат Натицк није само подстицај за изградњу подморског дата центра. Чак и ако се подводни центри података не повећавају, ови креативни експерименти нуде вредне лекције за индустрију центара података.

На пример, када је градио подводни дата центар на острвима Орник, тим је био инспирисан електричном енергијом ветра и соларне енергије - истраживачи су рекли да би у будућности могли да размотре постављање подводних дата центара са приобалним ветропарковима, позајмљивањем ветра енергије за напајање дата центра, убијање две муве једним ударцем, или чак везивање копнених далековода за оптичке каблове потребне за пренос података.

Као резултат тога, Мицрософт тражи начине да преслика предности подморског модела у копнене центре података – као што су ниско трошење сервера и висока сигурност.

Пројецт Натицк има потенцијал да револуционише примену центара података, пружајући флексибилност, брзу конструкцију и ефикасно скалирање. Иако Мицрософт предвиђа глобално реплицирање успеха Пројецт Натицк-а, изазови укључују бригу о животној средини и потребу за подводним станицама за одржавање у случају широко распрострањене примене. Мицрософт-ови експерименти не само да померају границе технологије, већ нуде и вредне увиде за целу индустрију. Мицрософтов иновативни приступ, био успешан или не, означава значајан корак напред у индустрији центара података.