La nascita e lo sviluppo dei data center subacquei

Pochi sanno che il concetto di data center sottomarini è nato durante la ThinkWeek di Microsoft del 2014, una sessione di brainstorming interna. È stato proposto da un dipendente con esperienza nell'utilizzo di sottomarini della Marina. Microsoft ha condotto gli esperimenti iniziali, immergendo un data center sott'acqua per cinque mesi, con risultati promettenti.

Più di recente, nel 2018, Microsoft ha inviato un sottomarino pieno di 864 server e in grado di archiviare 27,6 petabyte di dati sul fondo delle Isole Orcadi, a nord-est della Scozia. Due anni dopo, nel giugno 2020, Microsoft lo ha portato a terra per una valutazione. I risultati mostrano che il data center sottomarino offre prestazioni migliori rispetto ai data center tradizionali sotto tutti gli aspetti e il tasso di guasto in acqua è un ottavo di quello sulla terraferma.

Perché Microsoft sta mettendo il suo data center sotto il mare? Dopo il progetto pilota, è possibile promuovere su larga scala la costruzione di data center sottomarini?

La risposta è semplice: massimizzare le risorse disponibili. Allo stesso tempo, risolve molte carenze dei data center terrestri.

Innanzitutto, i data center sottomarini sono più sicuri e più stabili: sono delicati e pieni di componenti altamente sofisticati che possono essere danneggiati da variazioni di temperatura, corrosione da ossigeno e persino collisioni durante la sostituzione di parti danneggiate. Ma in un ambiente sottovuoto in cui è possibile controllare la temperatura, estrarre ossigeno e vapore acqueo e isolare le interferenze umane, la sicurezza e la stabilità del data center risulteranno notevolmente migliorate.

Il fondo del mare è senza dubbio una fonte di dati ideale, non solo isolata dall'ossigeno terrestre, dal vapore acqueo e per porre fine all'interferenza umana.

In secondo luogo, e cosa più importante, i server raffreddati ad acqua di mare presentano un vantaggio unico e il raffreddamento rappresenta una spesa importante per i data center terrestri. Secondo dati pubblici, il 41% del costo annuale dell'elettricità di un data center viene utilizzato per il raffreddamento e il consumo annuale di elettricità dei data center in tutto il mondo rappresenta circa il 2% dell'elettricità totale mondiale. Tra questi, il costo del consumo energetico rappresenta dal 30% al 50% dell'intero settore IT.

Perché il raffreddamento è così costoso? Infatti, nei data center terrestri, di solito ci sono due modi per raffreddare i dati, uno è utilizzare il raffreddamento meccanico, ovvero raffreddare il server con un pesante sistema di condizionamento dell'aria, ma questo metodo di raffreddamento deve consumare molta elettricità ogni giorno. giorno e il costo è stato elevato.

L'altro è raffreddare il server mediante evaporazione dell'aria e dell'acqua. Questo metodo naturalmente dotato ha un costo molto inferiore rispetto al primo, ma presenta anche i suoi limiti: il grado di completamento e la qualità del raffreddamento sono determinati dalla temperatura dell'aria esterna e dalle condizioni dell'acqua, e la manovrabilità umana è troppo bassa.

L'acqua di mare con una capacità termica maggiore può immagazzinare il calore in eccesso generato dal data center: è necessario solo uno scambiatore di calore per trasferire il calore del data center all'acqua di mare circostante, per così dire, è una combinazione di due metodi tradizionali di raffreddamento: stabile e il libero utilizzo delle risorse naturali.

In terzo luogo, la densità di popolazione costiera è elevata, la trasmissione dei dati è veloce e l’efficienza del cloud computing è maggiore: per risparmiare terreno e costi operativi, i data center tradizionali di solito scelgono aree remote scarsamente popolate, il che porta direttamente a una trasmissione dei dati troppo lenta e troppo molto ritardo. I data center sottomarini sono diversi:

Circa il 50% della popolazione mondiale vive entro 150 chilometri dalla costa. Costruire il data center sotto il mare consente di risparmiare sui costi ed è vicino alle aree residenziali, prendendo due piccioni con una fava.

In più ci sono tanti altri vantaggi:

Ad esempio, possiamo utilizzare l’energia delle maree dell’oceano per ottenere elettricità a zero emissioni di carbonio nell’oceano; La larghezza di banda sottomarina può essere collegata tramite condutture per accelerare la trasmissione dei dati; La burocrazia tradizionale può essere aggirata quando si costruisce un data center sottomarino: i server possono essere costruiti in silos stagni su catene di montaggio e spediti in mare tramite navi mercantili per la distribuzione. Come afferma Microsoft, questi server pod possono essere distribuiti entro 90 giorni; mentre i data center tradizionali richiedono da uno a due anni per essere costruiti.

In teoria, i data center sottomarini presentano molti vantaggi, quindi quanto è difficile realizzarli? -- Microsoft ha la prima risposta.

Infatti, già nel 2015, Microsoft ha iniziato a studiare la fattibilità della costruzione di data center sott’acqua, per poi lanciare Project Natick.

Nella prima fase del progetto Natick, nel 2015, il team di ricerca Microsoft ha condotto un esperimento di 105-giorni per massimizzare la protezione dalle perdite, assicurandosi che il data center fosse collocato in un contenitore impermeabile. L'esperimento è stato un successo: Microsoft ha scoperto che l'impermeabilità del modulo di servizio poteva essere garantita anche in acqua di mare.

Quindi nella seconda fase, Microsoft sta cercando di portare avanti l'esperimento e di avviare il progetto: "inviare i dati sul fondo dell'oceano" per vedere se i dati possono essere conservati in buone condizioni dopo alcuni anni. Microsoft ha messo un data center in un contenitore d'acciaio sigillato, lo ha riempito di azoto e poi ha utilizzato un sottomarino per trasportare il contenitore in mare.

L'esperimento è stato sostenuto dal Centro europeo per l'energia marina (EMEC): l'EMEC non solo ha fornito competenze nel sostegno alle energie rinnovabili, ma ha anche agito come consulente geografico intorno alle Orcadi: l'EMEC ha fornito anche il cavo sottomarino che collega il data center alla costa.

Il sottomarino che trasporta il server nelle profondità marine si chiama Leona Philpot, un personaggio del gioco Halo. Ha navigato nell'oscurità del Mare del Nord vicino a Ornik, in Scozia.

Perché le Orcadi? Da un lato, poiché le Orcadi sono un importante centro per la ricerca sulle energie rinnovabili, il Centro europeo per l’energia marina (EMEC) sperimenta qui l’energia delle maree e delle onde da 14 anni. D’altro canto, le Orcadi hanno un clima freddo, che aiuta a ridurre i costi di raffreddamento dei data center.

Microsoft ha posizionato il data center a meno di un chilometro dal fondale marino e ha installato sensori ambientali all’interno di compartimenti bianchi ad alta pressione per monitorarne lo stato in tempo reale. Il data center e l’oceano sono “senza soluzione di continuità”: il loro fabbisogno energetico viene catturato tramite cavi sottomarini e i dati vengono prontamente trasmessi al resto del mondo al largo della costa. Nel 2018 è stato completato il data center Microsoft North Sea: un totale di 864 server, 27,6 PB di memoria, per testare le prestazioni, un approfondimento per due anni.

In effetti, i ricercatori sono più preoccupati per i danni ai data center: una volta che i computer nel data center sottomarino si guastano, non possono essere riparati. Fortunatamente, ha funzionato bene. Ad agosto 2020, tutti i computer erano stati recuperati e solo otto degli oltre 800 erano guasti, un tasso di guasto inferiore rispetto ai data center terrestri.

Come ottenere una perdita bassa? I ricercatori del progetto ipotizzano che, da un lato, il freddo abbia agito da cuscinetto; D’altro canto l’azoto svolge anche un ruolo protettivo. In breve, questo test su piccola scala convalida ulteriormente la possibilità e il valore dello stoccaggio sottomarino. I ricercatori del progetto hanno affermato che il progetto non solo ha un basso tasso di fallimento, ma tutta l'alimentazione elettrica del data center proviene da energia eolica e solare, sfruttando appieno le risorse naturali.

Inoltre, secondo la teoria, i costi di gestione, i costi di costruzione e le perdite dovute a disastri naturali e altre emergenze del data center sottomarino sono tutti inferiori a quelli del data center terrestre.

Si tratta però solo di una vittoria temporanea. Il volume di oltre 800 server è lontano da quello dei data center terrestri: dopo tutto, i data center terrestri hanno decine di migliaia di server. In un certo senso, questo data center è più sperimentale che pratico e si può dire che sia un piccolo progetto pilota per Microsoft. Il CEO di Microsoft Satya Nadella ha affermato che il data center sottomarino replicherà Project Natick in tutto il mondo.

Se Microsoft vuole promuovere con successo il data center sottomarino, non può fare a meno di risolvere il difficile problema in questa fase:

Innanzitutto, l'esperimento di Microsoft è stato accolto con molto scetticismo ambientale. Ian Bitterlin, professore di studi sui dati, ritiene che il calore generato dai data center possa influenzare la temperatura dell'acqua dell'oceano. Il team Microsoft dovrà risolvere come dimostrare che il data center sottomarino non causerà un maggiore inquinamento dell'ambiente marino e come evitare possibili rischi di inquinamento.

In secondo luogo, il danno di 8 server su più di 800 server non sembra essere un gran numero, ma una volta promosso il data center sottomarino, è probabile che la perdita sia di centinaia di migliaia di unità, quindi la necessità di costruire il corrispondente sottomarino stazione di servizio di manutenzione, nonché soluzioni complete per la manutenzione delle apparecchiature.

In terzo luogo, come sottolinea Ian Bitlin, la costa non è il posto migliore per costruire un data center: anche se il traffico sulla costa è molto più elevato che nella natura selvaggia, non è comunque esteso quanto il data center di una grande città. .

Naturalmente, il progetto Natick non è solo un impulso alla costruzione di data center sottomarini. Anche se i data center sottomarini non sono in grado di crescere, questi esperimenti creativi offrono lezioni preziose per il settore dei data center.

Ad esempio, durante la costruzione di un data center sottomarino nelle isole Ornik, il team si è ispirato all'elettricità fornita dall'energia eolica e solare: i ricercatori hanno affermato che in futuro potrebbero prendere in considerazione l'implementazione di data center sottomarini con parchi eolici offshore, prendendo in prestito l'energia eolica energia per alimentare il data center, prendendo due piccioni con una fava, o addirittura collegando le linee elettriche terrestri ai cavi ottici necessari per trasmettere i dati.

Di conseguenza, Microsoft è alla ricerca di modi per replicare i vantaggi del modello sottomarino nei data center terrestri, come la bassa usura dei server e l'elevata sicurezza.

Project Natick ha il potenziale per rivoluzionare l'implementazione dei data center, offrendo flessibilità, costruzione rapida e scalabilità efficiente. Anche se Microsoft prevede di replicare il successo del progetto Natick a livello globale, le sfide includono preoccupazioni ambientali e la necessità di stazioni di manutenzione sottomarina in caso di implementazione diffusa. Gli esperimenti di Microsoft non solo ampliano i confini della tecnologia, ma offrono anche preziose informazioni per l'intero settore. L'approccio innovativo di Microsoft, che abbia avuto successo o meno, rappresenta un significativo passo avanti nel settore dei data center.