Bevezetés
Kevesen tudják, hogy a víz alatti adatközpontok koncepciója a Microsoft 2014-es ThinkWeek belső ötletbörze során keletkezett. A haditengerészet tengeralattjáróinak üzemeltetésében tapasztalattal rendelkező alkalmazott javasolta. A Microsoft kezdeti kísérleteket végzett, és egy adatközpontot öt hónapra víz alá merített, és ígéretes eredményeket hozott.
Legutóbb, 2018-ban, a Microsoft egy 864 szerverrel megpakolt, 27,6 petabájtnyi adat tárolására alkalmas tengeralattjárót küldött a Skóciától északkeletre fekvő Orkney-szigetek aljára. Két évvel később, 2020 júniusában a Microsoft kiértékelte a partra. Az eredmények azt mutatják, hogy a tengeralattjáró adatközpontok minden szempontból jobban teljesítenek, mint a hagyományos adatközpontok, és a vízben a meghibásodási arány egynyolcada a szárazföldinek.
Miért helyezi tenger alá a Microsoft adatközpontját? A pilóta után nagy léptékben elősegíthető a tengeralattjáró adatközpontok építése?
Miért választja a Microsoft a víz alatti adatközpontokat?
A válasz egyszerű: maximalizálja a rendelkezésre álló erőforrásokat. Ugyanakkor megoldja a szárazföldi adatközpontok számos hiányosságát.
Először is, a tenger alatti adatközpontok biztonságosabbak és stabilabbak: az adatközpontok kényesek, és tele vannak rendkívül kifinomult alkatrészekkel, amelyek megsérülhetnek a hőmérséklet-változások, az oxigénkorrózió és a sérült alkatrészek cseréjekor bekövetkező ütközések miatt. De egy vákuum környezetben, ahol a hőmérséklet szabályozható, az oxigén és a vízgőz kivonható, és az emberi beavatkozás elkülöníthető, az adatközpont biztonsága és stabilitása nagymértékben javulni fog.
A tenger alatt kétségtelenül ideális adatforrás – nemcsak a szárazföldi oxigéntől, vízgőztől elszigetelve, és véget vet az emberi beavatkozásnak.
Másodszor, ami a legfontosabb, a tengervízzel hűtött szerverek egyedülálló előnnyel rendelkeznek, és a hűtés jelentős költséget jelent a szárazföldi adatközpontok számára. Nyilvános adatok szerint egy adatközpont éves villamosenergia-költségének 41%-a hűtésre szolgál, az adatközpontok éves villamosenergia-fogyasztása világszerte a világ teljes villamosenergia-fogyasztásának mintegy 2%-át teszi ki. Ezek közül az energiafogyasztás költsége a teljes IT-ipar 30-50%-át teszi ki.
Miért olyan drága a hűtés? Valójában a szárazföldi adatközpontokban általában kétféle módon lehet hűteni az adatokat, az egyik a mechanikus hűtés, vagyis a szerver hűtése nehéz klímarendszerrel, de ez a hűtési mód sok áramot igényel napon, és a költségek magasak voltak.
A másik a szerver hűtése levegő és víz elpárologtatásával. Ez a természetesen adott módszer költsége jóval alacsonyabb, mint az előbbi, de megvannak a maga hiányosságai is: a készségi fokot és a hűtési minőséget a külső levegő hőmérséklete és a vízviszonyok határozzák meg, az emberi manőverezőképesség pedig túl alacsony.
A nagyobb hőkapacitású tengervíz képes tárolni az adatközpont által termelt hőfelesleget: csak egy hőcserélő szükséges ahhoz, hogy az adatközpont hőjét a környező tengervízbe továbbítsák, úgymond két hagyományos hűtési módszer kombinációja: stabil és a természeti erőforrások szabad felhasználása.
Harmadszor, a part menti népsűrűség magas, az adatátvitel gyors, a felhőalapú számítástechnika hatékonysága magasabb: a földterület- és üzemeltetési költségek megtakarítása érdekében a hagyományos adatközpontok általában ritkán lakott, távoli területeket választanak, ami közvetlenül túl lassú adatátvitelhez vezet. sok késés. A tenger alatti adatközpontok eltérőek:
A világ népességének körülbelül 50 százaléka él egy partvonal 150 kilométeres körzetében. Az adatközpont megépítése a tenger alatt költséget takarít meg, és közel van a lakott területekhez, két legyet megölve egy csapásra.
Ezen kívül számos egyéb előnye is van:
Például felhasználhatjuk az óceán árapály-energiáját arra, hogy szénsemleges elektromosságot nyerjünk az óceánban; A tenger alatti sávszélesség csővezetékeken keresztül csatlakoztatható az adatátvitel felgyorsítása érdekében; A hagyományos bürokrácia megkerülhető egy tenger alatti adatközpont építésénél: a szerverek vízzáró silókba építhetők összeszerelősorokon, és teherhajóval szállíthatók ki a tengerre telepítésre. Ahogy a Microsoft mondja, ezek a kiszolgálódobozok 90 napon belül üzembe helyezhetők; míg a rádiós adatközpontok felépítése egy-két évig tart.
Elméletileg a tengeralattjáró adatközpontoknak számos előnye van, tehát mennyire nehéz megvalósítani? -- A Microsoft tudja az első választ.
A Microsoft Project Natick és az aktuális építkezés
Valójában a Microsoft már 2015-ben elkezdte tanulmányozni az adatközpontok víz alatti építésének megvalósíthatóságát, majd elindította a Project Natick-ot.
A Natick projekt első fázisában, 2015-ben a Microsoft kutatócsoportja egy 105-napos kísérletet végzett a szivárgás elleni védelem maximalizálása érdekében, biztosítva, hogy az adatközpontot vízálló tartályban helyezzék el. A kísérlet sikeres volt: a Microsoft megállapította, hogy a szervizmodul vízállósága tengervízben is garantálható.
A második fázisban tehát a Microsoft igyekszik előrevinni a kísérletet és leszállni a projektre: "küldje el az adatokat az óceán fenekére", hátha az adatok jó állapotban maradnak meg néhány év után. A Microsoft egy zárt acéltartályba helyezett egy adatközpontot, feltöltötte nitrogénnel, majd tengeralattjáróval szállította a konténert a tengerbe.
A kísérletet az Európai Tengeri Energia Központ (EMEC) támogatta: az EMEC nemcsak a megújuló energia támogatásában nyújtott szakértelmet, hanem földrajzi tanácsadóként is tevékenykedett Orkney környékén – az EMEC még az adatközpontot a tengerparttal összekötő tenger alatti kábelt is biztosította.
A szervert a mélytengerbe szállító tengeralattjárót Leona Philpotnak hívják, aki a Halo játék egyik karaktere. Az Északi-tenger sötétjébe hajózott a skóciai Ornik közelében.
Miért Orkney? Egyrészt, mivel Orkney a megújulóenergia-kutatás egyik fő központja, az Európai Tengeri Energia Központ (EMEC) 14 éve itt kísérletezik árapály- és hullámenergiával. Másrészt Orkney hideg éghajlatú, ami segít csökkenteni az adatközpontok hűtési költségeit.
A Microsoft az adatközpontot kevesebb mint egy kilométerre helyezte el a tengerfenéktől, és környezeti érzékelőket helyezett el fehér, nagynyomású rekeszekben, hogy valós időben figyelje az állapotát. Az adatközpont és az óceán "zökkenőmentesen" működik: energiaszükségletüket tenger alatti kábeleken keresztül rögzítik, és az adatokat könnyen továbbítják a nagyvilágnak a partokon kívül. 2018-ban elkészült a Microsoft északi-tengeri adatközpontja: összesen 864 szerver, 27,6 PB memória, a teljesítmény tesztelése érdekében, mélyrepülés két évre.
Valójában a kutatókat leginkább az adatközponti károk aggasztják: ha egyszer a víz alatti adatközpontban lévő számítógépek meghibásodnak, azokat nem lehet megjavítani. Szerencsére jól sikerült. 2020 augusztusára az összes számítógépet megmentették – a több mint 800-ból csak nyolc hibásodott meg, ami alacsonyabb hibaarányt jelent, mint a szárazföldi adatközpontokban.
Hogyan lehet alacsony veszteséget elérni? A projekt kutatói azt feltételezik, hogy egyrészt a hideg időjárás pufferként működött; Másrészt a nitrogén védő szerepet is betölt. Röviden, ez a kis léptékű teszt tovább igazolja a tenger alatti tárolás lehetőségét és értékét. A projekt kutatói elmondták, hogy a projektnek nemcsak alacsony a meghibásodási aránya, hanem az adatközpont teljes áramellátása szél- és napenergiából származik, teljes mértékben kihasználva a természeti erőforrásokat.
Ezenkívül az elméletnek megfelelően a tengeralattjáró adatközpont kezelési költsége, építési költsége és vesztesége természeti katasztrófák és egyéb vészhelyzetek esetén mind alacsonyabb, mint a szárazföldi adatközponté.
Ez azonban csak átmeneti győzelem. A több mint 800 szerver mennyisége messze van a szárazföldi adatközpontokétól – elvégre a szárazföldi adatközpontok több tízezer szerverrel rendelkeznek. Bizonyos értelemben ez az adatközpont inkább kísérleti, mint gyakorlati jellegű, és elmondható, hogy egy kis kísérleti projekt a Microsoft számára. A Microsoft vezérigazgatója, Satya Nadella elmondta, hogy a víz alatti adatközpont a Project Natick-ot fogja lemásolni az egész világon.
A víz alatti adatközpontok kihívásai és jövőbeli kilátásai
Ha a Microsoft sikeresen népszerűsíteni akarja a tenger alatti adatközpontot, nem teheti meg anélkül, hogy a jelenlegi szakaszban megoldja a nehéz problémát:
Először is, a Microsoft kísérletét sok környezeti szkepticizmus fogadta. Ian Bitterlin, az adatkutatások professzora úgy véli, hogy az adatközpontok által termelt hő befolyásolhatja az óceánvíz hőmérsékletét. A Microsoft csapatának kell megoldania, hogyan bizonyíthatja be, hogy a tenger alatti adatközpont nem okoz nagyobb szennyezést a tengeri környezetre, és hogyan lehet elkerülni az esetleges szennyezési kockázatokat.
Másodszor, a több mint 800 szerveren lévő 8 szerver sérülése nem tűnik nagy számnak, de ha a tengeralattjáró adatközpontot támogatják, a veszteség valószínűleg több százezer egység lesz, majd meg kell építeni a megfelelő víz alatti karbantartó szerviz, valamint komplett berendezés-karbantartási megoldások.
Harmadszor, ahogy Ian Bitlin rámutat, a tengerpart nem a legjobb hely adatközpont építésére – bár a tengerparton a forgalom sokkal nagyobb, mint a vadonban, még mindig nem olyan kiterjedt, mint a nagyváros adatközpontja. .
A Natick projekt természetesen nem csak a tenger alatti adatközpontok építésének lendületét jelenti. Még ha a tenger alatti adatközpontok nem is méreteződnek, ezek a kreatív kísérletek értékes tanulságokat kínálnak az adatközpont-ipar számára.
Például amikor az Ornik-szigeteken egy víz alatti adatközpontot építettek, a csapatot a szél- és napenergia által biztosított áram ihlette meg – a kutatók szerint a jövőben fontolóra vehetik tengeri szélerőműparkkal működő víz alatti adatközpontok telepítését, szélkölcsönzést. energiát az adatközpont áramellátásához, két legyet megölve egy csapásra, vagy akár szárazföldi elektromos vezetékeket kötve az adatátvitelhez szükséges optikai kábelekhez.
Ennek eredményeként a Microsoft keresi a módokat arra, hogy a tenger alatti modell előnyeit szárazföldi adatközpontokban is megismételhesse – ilyen például az alacsony szerverkopás és a magas szintű biztonság.
Következtetés
A Project Natick képes forradalmasítani az adatközpontok telepítését, rugalmasságot, gyors felépítést és hatékony méretezést biztosítva. Míg a Microsoft a Project Natick sikerének globális megismétlését képzeli el, a kihívások közé tartoznak a környezeti aggályok és a víz alatti karbantartó állomások szükségessége széles körű telepítés esetén. A Microsoft kísérletei nemcsak a technológia határait feszegetik, hanem értékes betekintést nyújtanak az egész iparág számára. A Microsoft innovatív megközelítése, akár sikeres, akár nem, jelentős előrelépést jelent az adatközpont-iparban.