Veealuste andmekeskuste sünd ja areng

Vähesed teavad, et veealuste andmekeskuste idee sai alguse Microsofti 2014. aasta ThinkWeeki sisemisest ajurünnakust. Selle pakkus välja mereväe allveelaevade juhtimise kogemusega töötaja. Microsoft viis läbi esialgsed katsed, sukeldades andmekeskuse viieks kuuks vee alla, andes paljutõotavaid tulemusi.

Viimati, 2018. aastal, saatis Microsoft Šotimaa kirdeosas asuvate Orkney saarte põhja allveelaeva, mis oli täis 864 serverit ja mis on võimeline salvestama 27,6 petabaiti andmeid. Kaks aastat hiljem, juunis 2020, tõi Microsoft selle hindamiseks kaldale. Tulemused näitavad, et allveelaevade andmekeskus toimib kõigis aspektides paremini kui traditsioonilised andmekeskused ning tõrkemäär vees on kaheksandik maismaa omast.

Miks paneb Microsoft oma andmekeskuse mere alla? Kas pärast pilooti saab laiaulatuslikult edendada allveelaevade andmekeskuste ehitamist?

Vastus on lihtne: maksimeerida saadaolevaid ressursse. Samas lahendab see paljusid maa andmekeskuste puudusi.

Esiteks on merealused andmekeskused turvalisemad ja stabiilsemad: andmekeskused on õrnad ja täidetud väga keerukate komponentidega, mida võivad kahjustada temperatuurimuutused, hapnikukorrosioon ja isegi kokkupõrked kahjustatud osade asendamisel. Kuid vaakumkeskkonnas, kus saab kontrollida temperatuuri, eraldada hapnikku ja veeauru ning eraldada inimeste sekkumist, paraneb andmekeskuse turvalisus ja stabiilsus oluliselt.

Merealune on kahtlemata ideaalne andmeallikas – mitte ainult isoleeritud maa hapnikust, veeaurust ja teha lõpp inimese sekkumisele.

Teiseks ja kõige olulisemaks on merevesijahutusega serveritel ainulaadne eelis ja jahutus on maismaa andmekeskuste jaoks suur kulu. Andmekeskuse aastasest elektrikulust kulub avalikel andmetel jahutamiseks 41% ning andmekeskuste aastane elektritarbimine maailmas moodustab umbes 2% maailma kogu elektrienergiast. Nende hulgas moodustavad energiatarbimise kulud 30–50% kogu IT-tööstusest.

Miks on jahutus nii kallis? Tegelikult on maapealsetes andmekeskustes andmete jahutamiseks tavaliselt kaks võimalust, üks on mehaanilise jahutuse kasutamine, st serveri jahutamine raske kliimaseadmega, kuid see jahutusmeetod vajab igal aastal palju elektrit. päeval ja hind on olnud kõrge.

Teine on serveri jahutamine õhu ja vee aurustamise teel. See loomulikult andekas meetod on oma maksumuselt palju madalam kui eelmisel, kuid sellel on ka omad puudused: valmidusastme ja jahutuskvaliteedi määravad välisõhu temperatuur ja veetingimused ning inimese manööverdusvõime on liiga madal.

Suurema soojusmahutavusega merevesi suudab salvestada andmekeskuse tekitatud liigset soojust: andmekeskuse soojuse ülekandmiseks ümbritsevasse merevette on vaja vaid soojusvahetit, nii-öelda kahe traditsioonilise jahutusmeetodi kombinatsioon: stabiilne. ja loodusvarade tasuta kasutamist.

Kolmandaks on ranniku asustustihedus suur, andmeedastus kiire ja pilvandmetöötluse efektiivsus kõrgem: maa- ja tegevuskulude kokkuhoiuks valivad traditsioonilised andmekeskused reeglina hõredalt asustatud kaugemaid piirkondi, mis toob kaasa otseselt liiga aeglase andmeedastuse ja liiga. palju viivitust. Merealused andmekeskused on erinevad:

Umbes 50 protsenti maailma elanikkonnast elab 150 kilomeetri raadiuses rannajoonest. Andmekeskuse ehitamine mere alla säästab kulusid ja asub elamupiirkondade lähedal, tappes kaks kärbest ühe hoobiga.

Lisaks on palju muid eeliseid:

Näiteks saame kasutada ookeani loodete energiat süsinikuneutraalse elektri saamiseks ookeanis; Andmeedastuse kiirendamiseks saab torujuhtmete kaudu ühendada merealuse ribalaiuse; Traditsioonilisest bürokraatiast saab veealuse andmekeskuse ehitamisel mööda hiilida: servereid saab ehitada koosnemisliinidel veekindlatesse silodesse ja saata kaubalaevaga merele kasutuselevõtuks. Nagu Microsoft ütleb, saab need serverikomplektid kasutusele võtta 90 päeva jooksul; samas kui radiaalsete andmekeskuste ehitamine võtab aega üks kuni kaks aastat.

Teoreetiliselt on allveelaevade andmekeskustel palju eeliseid, seega kui raske on seda saavutada? -- Microsoftil on esimene vastus.

Tegelikult hakkas Microsoft juba 2015. aastal uurima andmekeskuste vee alla ehitamise teostatavust ja käivitas seejärel Project Naticki.

Naticki projekti esimeses etapis, 2015. aastal, viis Microsofti uurimisrühm läbi 105-päevase katse, et maksimeerida lekkekaitset, tagades andmekeskuse paigutamise veekindlasse konteinerisse. Eksperiment õnnestus: Microsoft leidis, et teenindusmooduli veekindlus on merevees garanteeritud.

Nii et teises etapis üritab Microsoft katset edasi lükata ja projekti maandada: "saatke andmed ookeanipõhja", et näha, kas andmeid saab mõne aasta pärast heas seisukorras säilitada. Microsoft pani andmekeskuse suletud teraskonteinerisse, täitis selle lämmastikuga ja kasutas seejärel konteineri merre transportimiseks allveelaeva.

Eksperimenti toetas Euroopa mereenergia keskus (EMEC): EMEC ei andnud mitte ainult taastuvenergia toetamise alast ekspertteadmist, vaid tegutses ka Orkney geograafilise nõustajana – EMEC pakkus isegi merealust kaablit, mis ühendab andmekeskuse rannikuga.

Allveelaev, mis serverit süvamerre kannab, kannab nime Leona Philpot, tegelane mängust Halo. See purjetas Šotimaal Orniku lähedal Põhjamere pimedusse.

Miks Orkney? Ühest küljest, kuna Orkney on suur taastuvenergia uuringute keskus, on Euroopa Mereenergia Keskus (EMEC) siin 14 aastat loodete ja laineenergiaga katsetanud. Teisest küljest on Orkneys külm kliima, mis aitab vähendada andmekeskuste jahutuskulusid.

Microsoft on paigutanud andmekeskuse merepõhjast vähem kui kilomeetri kaugusele ja paigutanud valgetesse kõrgsurvesektsioonidesse keskkonnaandurid, et jälgida selle olekut reaalajas. Andmekeskus ja ookean on "tõrgeteta": nende energiavajadused kaetakse merealuste kaablite kaudu ja andmed edastatakse hõlpsasti laiemale maailmale ranniku lähedal. 2018. aastal valmis Microsofti Põhjamere andmekeskus: kokku 864 serverit, 27,6 PB mälu, et testida jõudlust, kaheks aastaks sügav sukeldumine.

Tegelikult on teadlastele kõige rohkem muret andmekeskuse kahjustused: kui veealuses andmekeskuses olevad arvutid üles ütlevad, ei saa neid parandada. Õnneks läks hästi. 2020. aasta augustiks olid kõik arvutid päästetud – enam kui 800-st rikkis vaid kaheksa, mis on väiksem tõrgete määr kui maismaal asuvates andmekeskustes.

Kuidas saavutada väike kahjum? Projekti teadlased oletavad, et ühelt poolt toimis külm ilm puhvrina; Teisest küljest mängib lämmastik ka kaitsvat rolli. Lühidalt öeldes kinnitab see väikesemahuline test veelgi merealuse ladustamise võimalust ja väärtust. Projekti teadlased ütlesid, et projektil pole mitte ainult madal rikete määr, vaid kogu andmekeskuse toiteallikas on tuule- ja päikeseenergia, kasutades täielikult ära loodusvarasid.

Lisaks on vastavalt teooriale allveelaeva andmekeskuse halduskulud, ehituskulud ja loodusõnnetuste ja muude hädaolukordade korral kaod madalamad kui maismaa andmekeskusel.

See on aga vaid ajutine võit. Rohkem kui 800 serveri maht on maapealsete andmekeskuste omast kaugel – maapealsetes andmekeskustes on ju kümneid tuhandeid servereid. Teatud mõttes on see andmekeskus pigem eksperimentaalne kui praktiline ja võib öelda, et tegemist on Microsofti väikese pilootprojektiga. Microsofti tegevjuht Satya Nadella ütles, et veealune andmekeskus kordab Project Naticki kogu maailmas.

Kui Microsoft soovib merealust andmekeskust edukalt reklaamida, ei saa ta hakkama ilma keerulise probleemi lahendamiseta selles etapis:

Esiteks on Microsofti katsesse suhtutud suure keskkonnaskepsisega. Andmeuuringute professor Ian Bitterlin usub, et andmekeskuste tekitatud soojus võib mõjutada ookeanivee temperatuuri. Kuidas tõestada, et merealune andmekeskus ei tekita merekeskkonda suuremat reostust ja kuidas vältida võimalikke reostusriske, tuleb lahendada Microsofti meeskonnal.

Teiseks ei tundu 8 serveri kahju enam kui 800 serveris olevat suur arv, kuid kui allveelaeva andmekeskus on propageeritud, on kahju tõenäoliselt sadu tuhandeid ühikuid, siis on vaja ehitada vastav veealune. hooldusteenindusjaam, samuti seadmete hoolduse terviklahendused.

Kolmandaks, nagu märgib Ian Bitlin, ei ole rannik andmekeskuse rajamiseks parim koht – kuigi liiklus rannikul on palju suurem kui kõrbes, pole see siiski nii ulatuslik kui suurlinna andmekeskus. .

Loomulikult ei ole Naticki projekt pelgalt tõuge merealuste andmekeskuste ehitamiseks. Isegi kui merealused andmekeskused ei laiene, pakuvad need loomingulised katsed andmekeskuste tööstusele väärtuslikku õppetundi.

Näiteks Orniku saartele veealuse andmekeskuse ehitamisel sai meeskond inspiratsiooni tuule- ja päikeseenergia poolt pakutavast elektrist – teadlased ütlesid, et tulevikus võiksid nad kaaluda meretuuleparkidega veealuste andmekeskuste kasutuselevõttu, tuule laenamist. energiat andmekeskuse toiteks, tappes kaks kärbest ühe hoobiga või isegi sidudes maismaa elektriliinid andmete edastamiseks vajalike optiliste kaablitega.

Selle tulemusena otsib Microsoft viise, kuidas maapealsetes andmekeskustes paljundada merealuse mudeli eeliseid – nagu serverite madal kulumine ja kõrge turvalisus.

Project Natick võib andmekeskuse juurutamise revolutsiooniliselt muuta, pakkudes paindlikkust, kiiret ehitamist ja tõhusat skaleerimist. Kuigi Microsoft näeb ette projekti Naticki edu ülemaailmset kordamist, on väljakutseteks keskkonnaprobleemid ja vajadus veealuste hooldusjaamade järele laialdase kasutuselevõtu korral. Microsofti katsed mitte ainult ei nihuta tehnoloogia piire, vaid pakuvad ka väärtuslikku teavet kogu tööstusele. Microsofti uuenduslik lähenemine, olenemata sellest, kas see on edukas või mitte, tähistab olulist sammu edasi andmekeskuste valdkonnas.