微軟為什麼在水下建造數據中心?
2021年01月20日09:50

  1月20日消息,據國外媒體報導,如今,雲計算已經成為耳熟能詳的流行詞。但我們還是要在這裏再簡單解釋一下:雲計算指的是在遠程服務器上,在線完成計算和處理任務,而不是像以前那樣在本地設備上完成這些任務。雲計算可以說是非常地“腳踏實地”:處理雲計算的是地面數據中心。

  不過,這個情況在不久的將來說不定會發生變化。

  科技巨頭微軟正在考慮在把數據中心放到水下的可能性。乍一看,這個主意好像十分荒謬。但是基於微軟最近開展的內部研究,數據中心的最完美選址,就是在水底下。當你深入瞭解後,你會發現,這真的是一個非常天才的革命性想法。

  如果你曾使用過一部高端智能手機或最近剛給你的電腦進行了升級,你大概會瞭解到,有一種叫做液體冷卻的東西。液體冷卻可以有效地給奮力運作的處理器和其他電子設備降溫。微軟的想法就是,將這種液體冷卻的概念發揮到極致——把裝有數據中心的防水艙浸沒在海水中。為什麼呢?因為這可以更高效地執行雲計算。

計算機的水冷卻系統
計算機的水冷卻系統

  納提克項目(Project Natick)

  2014年,微軟開始著手研究將數據中心置於水下的可行性。為此,微軟啟動了納提克項目。在納提克項目的第一階段,微軟工程師的任務是,瞭解如何將數據中心置於一個防水的容器中,以防止任何可能的滲漏。他們發現,在海水中似乎可以安全地部署這些服務器防水艙。

  在項目的第二階段,微軟將設計變為生產。微軟成功地製造了一個可以安放在貨船上的容器,接著這艘船會把裝有服務器的容器部署到海水中。

奧克尼附近的北海水域:微軟水下數據中心的選址
奧克尼附近的北海水域:微軟水下數據中心的選址

  在這一階段,項目的選址是蘇格蘭奧尼克附近的北海水域。微軟在北海的水下數據中心包含864台服務器,共計27.6PB的內存。這個數據中心密封在鋼製容器內,並且容器內充有乾燥的氮氣。整個容器於2018被部署到水下,浸沒在冰冷又波濤洶湧的北海中。

  但是,這個實驗性任務並未使用實際的商業服務器,水下的容器內存儲的是微軟內部用於測試的數據。同樣地,對於一個數據中心來說,864台服務器的容量從專業角度來看,顯然也是不夠的。例如,我們現在的數據中心,光一個站點,就擁有5萬台以上的服務器。不過,微軟相信,這個方法在未來是可擴展的。

  這個裝有計算機服務器、位於北海的實驗性水下容器已經於2020年7月取回,實驗結果令人振奮。那麼,水下服務器究竟有哪些優勢?

  水下數據中心的優勢

  可靠性更高

  電子設備本就不適合在人類生活的環境中工作。空氣中的氧氣和水分等,都不利於電子設備。這些物質會導致零部件腐蝕,最終導致服務器故障。

  將數據中心置於水下的一個基本原則是創建一個相對穩定的環境,以便計算機服務器可以更好、更持久地工作。

  作為納提克項目的一部分,微軟的工程師將防水艙設計成無氧無水分的容器,內部充滿氮氣。之所以可以這麼設計,是因為容器內不會有任何人類存在。

  既然沒有人類存在,那麼也就不會發生某個粗心大意的人不小心撞到什麼東西,然後導致意外故障等事情。總而言之,這些預防措施無不提高了設備的可靠性。微軟表示,水下數據中心的故障率低至12.5%。

  水:天然冷卻劑

  傳統的地面數據中心光是為了冷卻服務器,就要消耗大量能量。老式的數據中心採用機械冷卻的方式,使用重型的空調系統來冷卻設備,耗電量極大。有些重型空調系統的耗電量差不多都快趕上服務器本身的耗電。新的數據中心稍微好一點,因為它們使用的是“免費空調”,即使用外部空氣和水的蒸發來冷卻服務器,而不會消耗太多能量。但是,這種冷卻方式往往受製於周圍空氣的溫度和供水情況。

  現在,水下數據中心則可以利用周圍的流動水來帶走服務器散發的熱量。水具有較高的熱容量,也就是說水可以存儲大量的熱能,而不會顯著改變水本身的溫度。以游泳池為例,即便是在炎炎夏日,游泳池里的水與邊上的混凝土台階相比,還是要涼爽許多。照這個思路,水下數據中心只需要一個設計完美的熱交換器,就可以輕鬆地將熱量傳遞到周圍的海水中去。這無疑可以節省大量用來冷卻電子設備的能源。

炎炎夏日,游泳池里的水總是那麼清涼。
炎炎夏日,游泳池里的水總是那麼清涼。

  考慮到地球上有那麼多海水可以用來吸收熱量,擴展這些數據服務器存儲設備也將非常容易。另一個好處是,海平面越往下,溫度越低。如果將服務器防水艙置於海平面下150米的位置,即便在溫暖的熱帶地區,它們也可以獲得非常驚人的散熱效果。

  更加經濟

  傳統的數據中心往往位於人口稀少的偏遠地區。公司更喜歡選擇這樣的位置,是因為土地和後續的運營成本都更低一些。雖然這可以省下部分資金,但這樣的模式也有很多缺點。

傳統數據中心的內部
傳統數據中心的內部

  由於數據中心通常位於人跡罕至的偏遠地區,在線通信所需的數據也需要經過更長的傳輸距離。這就會導致更高的延遲,進而降低計算速度。

  但是,全球約44%的人口居住在距離海岸線150公里以內的地方。所以,把數據中心放在沿海位置,在商業上也更有意義。當數據中心置於沿海地區時,它們就會更靠近人口密度相對較高的地區。這可以降低服務器與用戶之間的平均距離,從而減少延遲。結論就是,水下數據中心或許可以讓雲計算體驗更加迅捷。

  有趣的是,建造一堆服務器防水艙、再把防水艙放到水下,可能比從買地開始、再造數據中心設施,來得更加高效。在陸地上建造數據中心,你首先得有不動產(一般都很貴),其次公司需要評估其他條件的可行性,比如地形、技術工人的可用性、可靠的電力、遵守當地的法律法規等等。

  置於水下的服務器防水艙則可以在流水線上建造,然後直接用貨船運到海上進行部署,從而省去了很多麻煩。微軟稱,它可以在90天內部署這些服務器防水艙。相比在陸地上建造一個數據中心,動輒需要一年或兩年的時間,相當神速了。

  水下數據中心的挑戰

  儘管水下數據中心具有以上種種優勢,但這水並非“神水”,它沒辦法解決所有與數據中心相關的技術問題和物流問題。當你把數據中心扔到海里後,你會面臨一些新的挑戰。

  維護

  此時,硬件在水下發生故障時,你總不能每次都派一支潛水員小隊去解決問題。因此,這個重任落在了工程師肩上。他們需要設計一個耐用且可以遠程修復的水下服務器工作場。

  幸運的是,正如我們上文討論的那樣,北海的水下數據中心可靠性有顯著的提高。而微軟計劃設計一個數據中心,使其五年內無需主動維護。

  海洋生物

  有些人可能會覺得向海洋中不斷投入更多人造物(比如服務器防水艙)似乎不妥。畢竟,堆滿服務器防水艙的海岸線,怎麼看都對海洋生物的健康很不利。

  但是,根據海洋生態學家安德魯·旺特的說法,這些水下的數據中心不會對海洋生物構成太大風險。他解釋說,每當一個大型結構(比如服務器防水艙)浸入水下時,它們都會經曆一個叫做“生物汙損”的過程,即微小物質淤積在物體的表面。這樣的表面相當於人造礁石。魚群會聚集在這種“礁石”附近。因此,這些結構非但不會威脅到海洋生物,反而有利於促進生物的多樣性。

混凝土結構表面的海洋生物汙損
混凝土結構表面的海洋生物汙損

  熱量

  還有些人會擔心服務器防水艙釋放出來的熱量。但是我們不妨將海洋的規模跟防水艙或者一大片防水艙的大小進行比較。相比之下,海洋是如此廣闊,這一點熱量的釋放幾乎不會引起任何變化。水下數據中心引起的水溫變化其實可以忽略不計。我們已經在海底埋了許多數據線,這些海底光纜也會向海水傳遞熱量,但是並未引起水溫的變化。

  雖然水下數據中心不會很快實現,但科技公司多半已經在盤算這件事。如果水下數據中心可以流行起來,我們或許有朝一日可以見證“雲”數據從陸地向深海的遷移。(勻琳)

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