把數(shù)據(jù)中心建在海底，“水中撈月”的微軟是怎么想的？

微軟數(shù)據(jù)中心海底數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)猿大數(shù)據(jù)

原創(chuàng) 威化化 | 2021-03-02 10:05

【數(shù)據(jù)猿導讀】微軟的一小步是行業(yè)的一大步?？梢钥隙ǖ氖?，無論“水中撈月”是否成功，微軟的嘗試都明確宣告了一點：海底數(shù)據(jù)中心絕對不是“鏡花水月”

“1966年的一個寒夜，博爾赫斯站在輪船甲板上，往海中丟了一枚硬幣。硬幣帶著他手指的一點余溫，跌進黑色的濤聲里。博爾赫斯后來為它寫了首詩，詩中說，他丟硬幣這一舉動，在這星球的歷史中添加了兩條平行的、連續(xù)的系列：他的命運及硬幣的命運。此后他在陸地上每一瞬間的喜怒哀懼，都將對應著硬幣在海底每一瞬間的無知無覺。”

這段描寫來自陳春成的小說《夜晚的潛水艇》，故事里，有富商為了追尋博爾赫斯的遺跡，斥巨資打造潛水艇尋找這枚硬幣。而距離博爾赫斯丟硬幣幾十年后的2018年，站在輪船甲板上的人變成了微軟數(shù)據(jù)中心項目組：

不同的是，他們丟下去的不是硬幣，而是一艘潛水艇。潛水艇上載著的是微軟的海底數(shù)據(jù)中心。

微軟數(shù)據(jù)中心_海底數(shù)據(jù)中心_數(shù)據(jù)猿_大數(shù)據(jù)-1

很少有人知道，水下數(shù)據(jù)中心的想法誕生于微軟 2014 年的 ThinkWeek，也就是微軟員工內(nèi)部的頭腦風暴，由數(shù)據(jù)中心的一位操作過海軍潛水艇經(jīng)驗的員工提出。在當時，微軟進行了初步實驗：

數(shù)據(jù)中心在海底沉沒了5個月之后被撈出，成績可喜。于是在此之后，微軟的海底數(shù)據(jù)中心建設就一發(fā)不可收拾。

最近一次是2018 年，微軟將包裹著 864 臺服務器、可以存儲 27.6PB 數(shù)據(jù)的潛水艇沉入蘇格蘭東北部的奧克尼群島海底。兩年后，也就是2020年6月，微軟把它打撈上岸進行評估。結果顯示，海底數(shù)據(jù)中心各方面性能均比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心好，且在水中的故障率是在陸地的八分之一。

微軟數(shù)據(jù)中心_海底數(shù)據(jù)中心_數(shù)據(jù)猿_大數(shù)據(jù)-2

微軟為什么要把數(shù)據(jù)中心設在海底？試點過后，海底數(shù)據(jù)中心建設能否大規(guī)模推廣開來？

微軟為何把數(shù)據(jù)中心建在海底

微軟為什么要把數(shù)據(jù)中心沉入海底？答案很簡單：把可開發(fā)的資源開發(fā)到最大化。同時，降維打擊，解決陸地數(shù)據(jù)中心的諸多短板。

第一，海底數(shù)據(jù)中心安全性和穩(wěn)定性更強：數(shù)據(jù)中心十分嬌貴，內(nèi)部布滿高精密部件，溫度變化、氧氣腐蝕、甚至更換損壞部件時的碰撞都會對其造成不同程度的損害。但如果在一個可以控制溫度，并抽離氧氣、水汽，同時隔絕人為干擾的真空環(huán)境中，數(shù)據(jù)中心的安全性和穩(wěn)定性都會大大提高。

海下無疑是一個理想的數(shù)據(jù)桃源——不僅隔絕了陸地的氧氣、水汽，且杜絕了人為干擾。

第二，也是最重要的一點，海水冷卻服務器有得天獨厚的優(yōu)勢，而制冷則是陸地數(shù)據(jù)中心的大頭支出；據(jù)公開數(shù)據(jù)，一個數(shù)據(jù)中心每年的電力成本中有41%是用于制冷，而全球數(shù)據(jù)中心每年消耗的電量占全球總電量的2%左右。其中，能源消耗的成本占整個IT行業(yè)的30%-50%

為什么制冷這么費錢？事實上，在陸地數(shù)據(jù)中心，通常有兩種冷卻數(shù)據(jù)的方式，一種是用機械冷卻的方式，也就是用重空調(diào)系統(tǒng)冷卻服務器，但這種冷卻方式每天都需要消耗大量電量，成本一直居高不下。

微軟數(shù)據(jù)中心_海底數(shù)據(jù)中心_數(shù)據(jù)猿_大數(shù)據(jù)-3

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心制冷模式贅重

另一種是通過空氣以及水蒸發(fā)來冷卻服務器。這種“老天爺賞飯吃”的方法在成本上大幅度低于前者，但也有自己的短板：完成度和冷卻質量好壞皆由外部空氣溫度和水情況來決定，人為可操作性太低。

而具有較高容熱量的海水則可以儲存數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的多余熱量：只需要一個熱交換器，就可以把數(shù)據(jù)中心的熱量導入周邊海水，可以說，是傳統(tǒng)兩種制冷方式的集大成：穩(wěn)定地白嫖自然資源。

微軟數(shù)據(jù)中心_海底數(shù)據(jù)中心_數(shù)據(jù)猿_大數(shù)據(jù)-4

海底數(shù)據(jù)中心通過熱交換器利用海水制冷

第三，沿海人口密度高，數(shù)據(jù)傳輸快，云計算效率更高：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心為了節(jié)約土地、運營成本，通常選擇人口稀少的偏遠地區(qū)，這直接導致了數(shù)據(jù)傳輸過慢、延遲過多。而海底數(shù)據(jù)中心則不同：

全球約50%的人口居住在距離海岸線150公里以內(nèi)的地方。把數(shù)據(jù)中心建在海下，既節(jié)約了成本，又靠近居民區(qū)，一石二鳥。

除此之外，還有諸多其他優(yōu)勢：

如可以利用海洋的潮汐能，在海洋中獲得碳中性電力；可以通過管道連接海下帶寬，加速數(shù)據(jù)傳輸；建設海底數(shù)據(jù)中心時可以規(guī)避傳統(tǒng)繁瑣手續(xù)：可以在流水線上建造服務器防水倉，然后用貨船運到海上進行部署。正如微軟所說，可以在90天內(nèi)部署這些服務器防水艙。而傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心則需要建設一到兩年；等等，不勝枚舉。

理論上，海底數(shù)據(jù)中心有諸多優(yōu)勢，那么具體落地時難易程度如何？

——微軟率先給出了答案。

微軟如何實現(xiàn)海底數(shù)據(jù)中心建設

事實上，早在2015年，微軟就開始著手研究將數(shù)據(jù)中心建在水下的可行性，隨后，微軟啟動了納提克項目（Project Natick）。

在納提克項目的第一階段，也就是2015年，微軟的研究團隊進行了一次為期 105 天的實驗，致力于把防滲漏做到最強，保證將數(shù)據(jù)中心置于一個防水的容器中不漏水。實驗很成功：微軟發(fā)現(xiàn)，在海水中可以保證服務艙的防水性。

因此在第二階段，微軟試圖推進實驗，并落地這一項目：“把數(shù)據(jù)運到海底”，看數(shù)據(jù)在幾年之后是否可以保存完好。微軟把一個數(shù)據(jù)中心裝在密封的鋼制容器中，用氮氣填滿，隨后，微軟用一艘潛水艇來運輸容器入海。

微軟數(shù)據(jù)中心_海底數(shù)據(jù)中心_數(shù)據(jù)猿_大數(shù)據(jù)-5

這項實驗受到了歐洲海洋能源中心（EMEC）的支持：EMEC不僅提供了可再生能源方面的專業(yè)知識支持，也充當了奧克尼周圍的地理顧問——EMEC甚至提供了將數(shù)據(jù)中心連接到海岸的海底電纜。

而那艘載著服務器潛入深海的潛水艇叫Leona Philpot，來自游戲Halo里面的角色。它駛入了蘇格蘭奧尼克附近、北海水域的茫茫夜色中。

微軟數(shù)據(jù)中心_海底數(shù)據(jù)中心_數(shù)據(jù)猿_大數(shù)據(jù)-6

蘇格蘭奧尼克附近的北海水域

為什么選擇奧克尼？一方面，因為奧克尼是可再生能源研究的主要中心，歐洲海洋能源中心（EMEC）已經(jīng)對這里的潮汐能和波浪能進行了14年的試驗。另一方面，奧克尼氣候寒冷，有助于降低數(shù)據(jù)中心的冷卻成本。

微軟把數(shù)據(jù)中心投放在離海床不足1公里的地方，在白色的高壓密封艙內(nèi)部署了環(huán)境傳感器，隨時對其狀態(tài)進行實時監(jiān)控。數(shù)據(jù)中心和海洋“無縫銜接”：其電力需求通過海底電纜獲得，并隨時將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶０锻飧鼜V闊的世界。

2018年，微軟北海數(shù)據(jù)中心落成：共計864臺服務器、27.6PB的內(nèi)存，為了測試性能，一沉潛就是兩年。

微軟數(shù)據(jù)中心_海底數(shù)據(jù)中心_數(shù)據(jù)猿_大數(shù)據(jù)-7

微軟數(shù)據(jù)中心服務器

事實上，研究人員最擔心的是數(shù)據(jù)中心的損壞：水下數(shù)據(jù)中心的計算機一旦出現(xiàn)故障，則無法進行修復。好在結果不錯。2020年8月，計算機全部被打撈上來了——在800多臺計算機中只有8臺出現(xiàn)了故障，其故障率比陸地數(shù)據(jù)中心要低。

微軟數(shù)據(jù)中心_海底數(shù)據(jù)中心_數(shù)據(jù)猿_大數(shù)據(jù)-8

團隊成員清洗從海底取回的水下數(shù)據(jù)中心

何以做到低損耗？該項目的研究人員推測，一方面，氣候的寒冷起了緩沖作用；另一方面，氮氣也起了一定保護作用?？傊?，此次這項小規(guī)模的測試，進一步驗證了海底存儲的可能性和價值。項目研究人員表示，該項目不僅故障率低，數(shù)據(jù)中心的所有電力供應都來自風能和太陽能，充分地利用了自然資源。

除此之外，和理論相對應的，海底數(shù)據(jù)中心的管理成本、建造費用以及面對自然災害等突發(fā)狀況時的損耗也全部低于陸地數(shù)據(jù)中心。

不過，這只是階段性勝利。800多臺服務器的體量較陸地數(shù)據(jù)中心差距較大——畢竟，陸地數(shù)據(jù)中心的服務器量級在幾萬臺。某種意義上來說，這個數(shù)據(jù)中心的實驗性大于實用性，可以說是微軟的一個小型試點項目。而微軟首席執(zhí)行官Satya Nadella表示，水下數(shù)據(jù)中心將會在全球各地復制Project Natick項目。

那么，微軟海底數(shù)據(jù)中心將往何處去？“水中撈月”能否成功？

微軟海底數(shù)據(jù)中心利弊：“水中撈月”能否勢如破竹

事實上，微軟海底數(shù)據(jù)中心具有大規(guī)模推廣的條件：納提克項目的建造速度非?？?，整個供應鏈只要90天。微軟工程師在IEEE Spectrum發(fā)表的論文中指出，如此一來，微軟的機動性非常強，可以隨時按需增加服務器。微軟設想，部署一組海底吊艙，每個吊艙有數(shù)千臺服務器，并不斷增加。

微軟數(shù)據(jù)中心_海底數(shù)據(jù)中心_數(shù)據(jù)猿_大數(shù)據(jù)-9

微軟研究部門的高級研發(fā)工程師Mike Shepperd在水下數(shù)據(jù)中心前

當然，如果微軟想把海底數(shù)據(jù)中心順利推廣，離不開對現(xiàn)階段棘手問題的破局：

第一，微軟的實驗遭到了頗多環(huán)保方面的質疑。數(shù)據(jù)研究教授伊恩·比特林（Ian Bitterlin）認為，數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的熱能會影響海水溫度。如何證明海下數(shù)據(jù)中心不會對海洋環(huán)境造成較大污染、如何規(guī)避可能存在的污染風險，需要微軟團隊解決。

第二，800多臺服務器中損壞8臺，似乎不是大數(shù)字，但一旦海底數(shù)據(jù)中心推廣開來，則損耗很可能是成百上千臺，這時則需要建設相應的水下維修服務站，以及完備的設備維修解決方案。

第三，又如伊恩·比特林表示，海岸不是建造數(shù)據(jù)中心的最佳地點——即使海岸的人流量相比荒郊野多很多，但還是不如大城市的數(shù)據(jù)中心輻射面廣。

當然，納提克項目不止對海底數(shù)據(jù)中心建設有推動作用。即使海底數(shù)據(jù)中心無法大規(guī)模推廣，這些創(chuàng)造性實驗也給數(shù)據(jù)中心行業(yè)提供了寶貴經(jīng)驗。

比如，在奧尼克群島建設水下數(shù)據(jù)中心時，風能和太陽能提供的電力給團隊提供了靈感——研究人員表示，日后可以考慮將水下數(shù)據(jù)中心與海上風電場布局在一起，借風能給數(shù)據(jù)中心供電，一石二鳥，甚至可以把岸上的電力線與傳輸數(shù)據(jù)所需的光纜捆綁在一起。

也因此，微軟正在尋找將海下模式優(yōu)勢復刻到陸地數(shù)據(jù)中心的辦法——如服務器低損耗、安全性能高等特點。

微軟數(shù)據(jù)中心_海底數(shù)據(jù)中心_數(shù)據(jù)猿_大數(shù)據(jù)-10