Компания Microsoft c 2014 года работает над проектами строительства подводных дата-центров. Опытные образцы оказались настолько успешными и перспективными, что возведением ЦОДов в море занялись и другие крупные компании. Чем же океанские глубины так привлекательны для гигантов IT-отрасли?
Первый этап эксперимента по размещению дата-центра под водой
Аксиома: мощный сервер требует мощной системы охлаждения. По статистике, до 40–50 % электроэнергии, необходимой для функционирования современного дата-центра, потребляет система охлаждения. Чтобы сократить расходы на электричество, проектировщики идут на различные ухищрения. К примеру, часто систему охлаждения в дата-центрах, расположенных в районах с прохладным климатом, организуют по принципу free-cooling: берут воздух из окружающей среды и очищают его.
Если воздух снаружи слишком тёплый, его охлаждают, испаряя воду. Последний метод достаточно затратен в засушливых регионах, испытывающих проблемы с пресной водой. Кроме того, влажный воздух провоцирует коррозию деталей серверов.
Решение проблемы предложил сотрудник компании Microsoft Шон Джеймс. По его мнению, сама природа создала отличный «холодильник», идеально подходящий охлаждения серверов, – Мировой океан. Идея нашла отклик у руководства Microsoft, и в августе 2014 года началась работа по созданию экспериментального подводного дата-центра. Проект получил название Natick.
Разработчикам предстояло решить несколько важных задач:
— обеспечить полную герметичность контейнера, внутри которого располагаются серверы;
— сделать контейнер достаточно прочным, чтобы он выдерживал давление значительных масс воды;
— предусмотреть дистанционное управление серверами и способы устранения проблем в случае их возникновения;
— создать оптимальную систему охлаждения;
— защитить контейнер от обрастания ракушками.
Первое испытание было проведено в 2015 году, у Тихоокеанского побережья США, поблизости от города Сан-Луис-Обиспо в Калифорнии, В создании контейнера для серверов приняли участие судостроители. Прообразом контейнера послужила подводная лодка: ведь она тоже представляет собой герметический сосуд, способный выдержать значительное давление. Запаянный контейнер цилиндрической формы, длиной 9 м и диаметром 2,4 м был опущен в море на глубину 11 м, где температура воды не поднимается выше +18 °C.
Внутрь контейнера поместили компьютерные стойки с зафиксированными в них серверами. К стойкам прикрепили теплообменники. Специальная жидкость с высокими показателями теплоёмкости циркулировала между внутренними и наружными теплообменниками, чем обеспечивалось охлаждение серверов. Важно, что кислорода в контейнере не было, его заменили азотом. Благодаря этому вероятность возникновения пожара полностью отсутствовала.
Эксперимент прошёл успешно. Разработчики пришли к выводу, что контейнеры следует размещать на глубине от 50 до 200 м (чем теплее океан, тем глубже должен находиться ЦОД).
Самой сложной задачей, которая полностью не решена до сих пор, оказалась защита контейнера от ракушек. Покрывая его стенки сплошным ковром, они ухудшают работу охлаждающей системы.
Второй этап эксперимента
На втором этапе эксперимента, в 2018 году, руководство компании поставило перед разработчиками задачу: выяснить, насколько логистически, экологически и экономически выгодно строительство подводных дата-центров. Для проведения эксперимента были выбраны Оркнейские острова (Шотландия).
ЦОД собрали и протестировали во Франции, затем погрузили на 18-колёсный грузовик с прицепом и с помощью парома доставили на Оркнейские острова. Здесь дата-центр взяла на буксир баржа и доставила к месту погружения.
Контейнер длиной 12 м с 12 серверными стойками поместили на глубину 35,1 м. Подводный ЦОД тестировали в течение 2 лет. Результаты второго этапа эксперимента компания признала успешными. В частности, оказалось, что серверы, помещённые в контейнеры с азотом, «падали» в 8 раз реже, чем установленные в наземных дата-центрах.
Как идея подводных ЦОДов покорила мир
Пришёл черёд третьего этапа экспериментов, но Microsoft пока что не разглашает его подробности. Компания запатентовала идею конструкции, названной «рифом» контейнеров. Согласно проекту, стальная рама длиной 300 м должна удерживать 12 контейнеров с серверами:
Предполагается, что ЦОД должен находиться под водой на протяжении 5 лет, что эквивалентно стандартному сроку эксплуатации серверов. По истечении этого времени контейнеры будут подняты наверх, а морально устаревшие серверы заменены новыми. Полный срок службы контейнеров и других элементов подводного дата-центра – 20 лет.
За деятельностью Microsoft с большим интересом наблюдали специалисты китайской компании Beijing Highlander. Уже в начале 2021 года в порту Гуандун фирма провела испытания 4-стоечного контейнера для подводного ЦОД:
Затем Beijing Highlander объявила, что построит подводный ЦОД из 100 контейнеров и подведёт к нему питание от Хайнаньской АЭС.
Собственную концепцию подводного дата-центра предложила техасская компания Subsea Cloud. Её генеральный директор Макси Рейнольдс заявила, что фирма будет строить дата-центр на глубине 3000 м, где контейнеры гарантированно не смогут вскрыть или повредить злоумышленники.
Subsea Cloud отказалась от использования цилиндрической капсулы с серверами, имитирующей обычную, наполненную воздухом подводную лодку. Специалисты фирмы разработали простые и лёгкие контейнеры, имеющие форму параллелепипеда. В одной ёмкости умещается до 800 серверов. По словам Макси Рейнольдс, компания применяет технологию выравнивания давления внутри контейнера до внешних показателей. Это позволяет не утяжелять резервуар и не делать его стенки слишком толстыми. Подробности пока что держат в секрете. Поскольку на глубине 3000 м стенки должны выдерживать давление воды 300 атмосфер, эксперты считают, что Subsea Cloud заполняет контейнеры каким-то техническим маслом.
Над глубоководным дата-центром разработчики из Subsea Cloud планируют размещать дежурное судно. В случае серьёзной неисправности серверов контейнер можно будет легко извлечь и быстро выполнить ремонтные работы.
Почему дата-центры должны уйти под воду
Генеральный директор компании Microsoft, мистер Сатья Наделла, убеждён, что будущее – за подводными дата-центрами.
Преимущества таких ЦОДов неоспоримы:
— значительное снижение энергопотребления;
— экологичность. Тепло, выделяемое дата-центрами, никак не повлияет на температуру мирового океана;
— разработчики предлагают подключать дата-центры к приливным или ветровым электростанциям, расположенным у берега моря;
— поскольку источники питания находятся близко к ЦОДам, потери электроэнергии, неизбежные при транспортировке, сводятся к минимуму;
— простота, высокая скорость и дешевизна установки. Не требуется использовать дорогую городскую землю, строить здание, подъездные коммуникации, парковки. Даже сейчас подводный дата-центр можно развернуть всего за 90 дней;
— в случае необходимости мощности дата-центра легко нарастить;
— прокладка кабеля к подводному дата-центру обходится во много раз дешевле, чем подключение к электросети наземного здания;
— пожарная безопасность;
— полная физическая безопасность данных. Датчики немедленно среагируют на приближение неизвестных объектов к контейнерам.
— не нужно тратить время на оформление разрешительных документов.
Как видим, подводные дата-центры – это решение, полностью соответствующее требованиям экологии. Возможность создания таких ЦОДов станет стимулом для строительства в развивающихся странах электростанций на возобновляемых ресурсах.