微軟將數(shù)據(jù)中心放在海底 這會是未來么？

　　2018 年 6 月，蘇格蘭奧克尼群島上，一群來自微軟的工程師聚集在一起，他們見證了代號「北方群島」(Northern Isles)的大型數(shù)據(jù)中心正式下海，但是對于這項技術(shù)仍有許多疑問，上海舉辦的微軟技術(shù)暨生態(tài)大會上，微軟全球研究院首席項目經(jīng)理 Ben Cutler 對于這個項目存在的所有疑問進行了公開解答。

　　為什么要設(shè)立海底數(shù)據(jù)中心?

　　2014 年 7 月，一名微軟員工腦洞大開，提出了將數(shù)據(jù)中心放在海底的想法，在大多數(shù)人認(rèn)為這是不可能的情況下，研究院的高層并沒有無視這名員工，反而將其提上日程并在接下來的 12 月內(nèi)完成了概念原型機的制作工作。

　　原型設(shè)備制作完成后，他們并沒有直接將其部署至海底環(huán)境，而是選擇在加州附近相對平靜的淺水區(qū)域進行部署測試工作，在接下來的 105 天內(nèi)研究人員發(fā)現(xiàn)這個數(shù)據(jù)中心非但沒有出現(xiàn)問題，反而是平穩(wěn)運行，在這樣的結(jié)論下，他們便開始進行第二階段的試驗操作，主要是檢測其在環(huán)境、經(jīng)濟以及物流運輸方面存在的可能性。

　　Natick 開發(fā)團隊：高級研發(fā)工程師 Mike Shepperd、高級軟件工程師 Sam Ogden、高級技術(shù)人員 Spencer Fowers、研究人員 Eric Peterson 和項目經(jīng)理 Ben Cutler

　　從外表來看，這些將被部署在海底的數(shù)據(jù)中心都是標(biāo)準(zhǔn)的 12.2 米長，內(nèi)徑 2.8 米的金屬圓柱體，它可以提供與 40 英尺 ISO 集裝箱相等的容積。在這個巨大的圓柱體中擁有 12 個機架，共裝備 864 臺標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器以及高達(dá) 27.6PB 的磁盤儲存容量。根據(jù)官方公布的信息，它可以實現(xiàn) 90 天內(nèi)從工廠發(fā)貨到最終上線工作，并且在無需維護的情況下持續(xù)運行長達(dá) 5 年之久。

　　它對生活有什么好處么?

　　現(xiàn)在，我們的生活已經(jīng)離不開無處不在的互聯(lián)網(wǎng)，而這其中數(shù)據(jù)中心便是其中最為重要的組成部分，例如微軟 Azure、亞馬遜 AWS、阿里云和騰訊云等一眾互聯(lián)網(wǎng)公司所大力宣傳的云計算便基于分布在全球各地的數(shù)據(jù)中心。

　　不僅是云計算平臺，它也是人工智能的技術(shù)基礎(chǔ)，人工智能技術(shù)需要的機器學(xué)習(xí)模型等數(shù)據(jù)皆被儲存在一個個數(shù)據(jù)中心中，我們使用支付寶、微信支付等交易數(shù)據(jù)還有淘寶、京東等網(wǎng)絡(luò)交易記錄都被這一個個數(shù)據(jù)中心所記錄著。并且智能手機和智能家居等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的快速發(fā)展使得計算行業(yè)對于數(shù)據(jù)中心的需求呈現(xiàn)出指數(shù)級增長，目前數(shù)據(jù)中心的數(shù)量在未來已經(jīng)不足以滿足用戶需求。

　　目前世界上有一半以上的人口生活在距離海岸約 193 公里以內(nèi)的區(qū)域，之所以將數(shù)據(jù)中心部署在沿海城市附近的數(shù)據(jù)，主要是為了減少數(shù)據(jù)中心與用戶之間的距離，這樣的話可以為沿海居民帶來更好的網(wǎng)絡(luò)體驗，并且在人口聚集地區(qū)可以有效緩解對于云計算基礎(chǔ)設(shè)施的需求以提高效率。

　　固定在基座上的數(shù)據(jù)中心

　　根據(jù)設(shè)想，海底數(shù)據(jù)中心采用的是模塊化設(shè)計，每個部分都根據(jù)需求實現(xiàn)尺寸定制以實現(xiàn)快速部署，這樣不僅可以有效降低數(shù)據(jù)中心在建造時所耗費的成本，并且在后期發(fā)現(xiàn)其已經(jīng)不足以滿足計算需求的情況下可以及時的去進行增加。

　　微軟 CEO 薩提亞·納德拉曾表示，Project Natick 是一個極具探索性的項目，它的成功不僅可以微軟核心業(yè)務(wù)作出重要貢獻(xiàn)，甚至可以為整個計算行業(yè)帶來變革。

　　用潛艇技術(shù)建造的數(shù)據(jù)中心

　　潛艇是一種大型抗壓容器，其內(nèi)部安裝了各種用于艦艇管理的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施，這些系統(tǒng)需要滿足潛艇對于電力、體積、重量、熱平衡和冷卻等各方面的嚴(yán)格要求，運營在海底的數(shù)據(jù)中心由于其特殊性，在很多方面與潛艇有很大的相似之處。

　　為了保證海底數(shù)據(jù)中心可以長時間穩(wěn)定運行，微軟與法國 Naval 集團達(dá)成合作，主要將其在軍艦、潛艇等領(lǐng)域的工業(yè)設(shè)計和制造維護的技術(shù)運用于自家海底數(shù)據(jù)中心的建設(shè)。

　　數(shù)據(jù)中心是發(fā)熱大戶，為了保證其在海底可以有效地進行散熱工作，Naval 集團改造了用于潛艇冷卻的熱交換系統(tǒng)以保證其可以適用于海底數(shù)據(jù)中心。

　　這套散熱系統(tǒng)主要是利用管道將海水直接流過服務(wù)器機架背面的散熱裝置，在加熱的同時被排回大海，由于海水較大的比熱容而且較快的流動性，從數(shù)據(jù)中心排出的熱水可以很快的與周圍的海水融合冷卻，如此反復(fù)，可以有效地降低數(shù)據(jù)中心的溫度。

　　數(shù)據(jù)中心螺栓封死且所有系統(tǒng)在法國的工廠經(jīng)過完整的檢查測試之后，該團隊便會將其裝載到一輛 18 輪的卡車后部并將其運輸至奧克尼群島。在那里，它會被安裝到一個填滿壓艙重物的三角形基座上然后緩緩沉入 117 英尺之下的巖質(zhì)海床中，在這之后，已經(jīng)提前鋪設(shè)完成的海底電纜會與其相連接，以實現(xiàn)其與陸地操作中心的數(shù)據(jù)交互。

　　由可再生能源實現(xiàn)的環(huán)保供電

　　微軟海底數(shù)據(jù)中心的部署地附近便是歐洲海洋能源中心潮汐渦輪機與海浪能量轉(zhuǎn)換裝置的試驗場地，它們利用海水的流動產(chǎn)生電力。在那里，潮汐速度最高可達(dá)每小時 9 英里，海浪周期洶涌著高達(dá) 10 英尺的巨浪，在遇到風(fēng)暴的情況下高度甚至可以達(dá)到 60 英尺以上。

　　不僅海底有潮汐渦輪機等裝置可以實現(xiàn)發(fā)電，海岸上還有高聳的風(fēng)力發(fā)電機以及布滿屋頂?shù)奶柲茈姵匕澹鼈兠刻煲?100% 可再生能源的方式為島上 10000 名居民提供著豐富的電力，海底數(shù)據(jù)中心也由這些設(shè)備提供電力，根據(jù)官方提供的數(shù)據(jù)，其在滿負(fù)荷運行的情況下功率低于 250kW。

　　微軟云計算和企業(yè)部門云基礎(chǔ)架構(gòu)戰(zhàn)略總經(jīng)理 Christian Belady 表示，利用海洋、太陽能等可再生能源為數(shù)據(jù)中心提供電力是微軟的一大愿景。他指出，利用這些可再生能源不僅讓數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)能源自給自足，并且在電力供應(yīng)方面不會受到地域和能源供應(yīng)的限制，這樣的話即使部署地區(qū)電力供應(yīng)情況不夠穩(wěn)定也不需要昂貴的備用發(fā)電機來提供電力。

　　「我們希望可以根據(jù)客戶需求在地球上任何地方快速部署數(shù)據(jù)中心」Belady 稱，長期以來他一直在倡導(dǎo)嘗試探索數(shù)據(jù)中心和可再生能源相結(jié)合以簡化和加速云計算基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)工作。

　　關(guān)于這個項目的一些疑問

　　這個項目目前已經(jīng)進入第二階段的實驗工作，但是其正式商用的時間尚未確定。

　　由于 Project Natick 項目的設(shè)備主體位于海底，因此容器的外殼耐腐蝕性、對海洋生物的影響以及水壓的承受均不容忽視。

　　Natick 項目規(guī)劃

　　對于存在的這些問題，Culter 給出了這樣的一份答卷：

　　1. 關(guān)于海水腐蝕的問題：

　　材料選擇方面，鈦合金雖然可以達(dá)到極佳的性能、并且抗腐蝕性優(yōu)異，但是由于高昂的造價因此并不適用于容器的制作;復(fù)合材料在目前備受關(guān)注，并且它也具有極強的抗腐蝕性以及相對優(yōu)異的成本優(yōu)勢，但是它并不能承受過大的水壓，因此無法被使用。

　　在材料方面，最終選擇使用鋼鐵作為容器的制作材料，為了防止容器的腐蝕，其表面做了大量的涂層以避免與海水的直接接觸;并且為了防止由于涂層脫落導(dǎo)致腐蝕的發(fā)生，還采用了陰極保護的手法，之所以選擇鋅是因為它不會對海洋環(huán)境造成傷害。

　　2. 關(guān)于海洋生物的問題

　　例如藤壺、貝殼等海洋生物聚集在容器表面也是不容忽視的一個問題，為了避免海洋生物聚集在容器表面導(dǎo)致不必要的損失，他們選擇使用加速表面水流和光滑涂層的方案。

　　由于光滑涂層的采用，污垢、細(xì)菌等無法在容器表面堆積也就使得海洋生物并不會在容器表面聚集。

　　3. 關(guān)于容器散熱的問題

　　Project Natick 目前已經(jīng)經(jīng)歷了兩個階段，其中第一階段主要是利用內(nèi)外雙散熱格柵的方式進行海水交換以解決設(shè)備的散熱問題，但是外部的格柵很容易因為海洋生物的堆積而出現(xiàn)故障。

　　目前第二階段的方案已經(jīng)取消了外部交換格柵，并采用海水吸入的方式來保證散熱的效果。雖然這個方案可以有效的降低成本并且保證散熱的高效性，但是海洋生物也會因此進入內(nèi)部格柵而堆積。

　　為了解決這個問題，在格柵內(nèi)部的管道均覆蓋了極為光滑的涂層并且設(shè)備中有電解產(chǎn)氯的設(shè)備，其產(chǎn)生的氯氣足以殺死海水中的細(xì)菌等，并且由于氯氣可以很快的溶于海水，因此不會對海水造成污染。

　　4. 關(guān)于海水壓力問題

　　水底的壓力是可怕的，經(jīng)過多重考慮最終將這套設(shè)備設(shè)計為圓形是因為任何矩形都會因為海水壓力的問題導(dǎo)致?lián)p壞，而圓形可以盡可能地降低壓力。

　　容器的設(shè)計方面，其可以實現(xiàn) 150m 深度安全運行，并且極限深度為 290m，但是測試過程中部署的深度僅為 100m。相較于第一階段部署深度 20m 且高達(dá) 75mm 的涂層而言，第二階段已經(jīng)大幅度提高其性能，實現(xiàn) 100m 部署深度并且涂層厚度僅為 19mm。

　　對于數(shù)據(jù)中心存在的系統(tǒng)維護問題，由于目前的技術(shù)限制，目前只能選擇放棄損壞的數(shù)據(jù)中心并進行更換。

　　項目官網(wǎng)存在這樣的兩個視頻鏈接，其來自于海底數(shù)據(jù)中心表面的攝像頭，它們每時每刻都在向外傳輸周圍環(huán)境的情況。對于這個項目更多的疑問，可以查看微軟技術(shù)大會官方錄制的視頻以獲得更深層次的內(nèi)容解答。