El nacimiento y desarrollo de los centros de datos submarinos

Pocos son conscientes de que el concepto de centros de datos submarinos se originó durante la ThinkWeek 2014 de Microsoft, una sesión interna de lluvia de ideas. Fue propuesto por un empleado con experiencia en la operación de submarinos de la Armada. Microsoft realizó experimentos iniciales, sumergiendo un centro de datos bajo el agua durante cinco meses con resultados prometedores.

Más recientemente, en 2018, Microsoft envió un submarino repleto de 864 servidores y capaz de almacenar 27,6 petabytes de datos al fondo de las Islas Orcadas, al noreste de Escocia. Dos años después, en junio de 2020, Microsoft lo llevó a tierra para su evaluación. Los resultados muestran que el centro de datos submarino funciona mejor que los centros de datos tradicionales en todos los aspectos, y la tasa de fallas en el agua es un octavo que en tierra.

¿Por qué Microsoft esconde su centro de datos bajo el mar? Después del piloto, ¿se podrá impulsar a gran escala la construcción de centros de datos submarinos?

La respuesta es simple: maximizar los recursos disponibles. Al mismo tiempo, resuelve muchas deficiencias de los centros de datos terrestres.

En primer lugar, los centros de datos submarinos son más seguros y estables: los centros de datos son delicados y están llenos de componentes altamente sofisticados que pueden dañarse por cambios de temperatura, corrosión por oxígeno e incluso colisiones al reemplazar piezas dañadas. Pero en un entorno de vacío donde se puede controlar la temperatura, se puede extraer oxígeno y vapor de agua y se puede aislar la interferencia humana, la seguridad y estabilidad del centro de datos mejorarán enormemente.

Bajo el mar es, sin duda, una fuente de datos ideal: no sólo aislará el oxígeno y el vapor de agua de la tierra y pondrá fin a la interferencia humana.

En segundo lugar, y lo más importante, los servidores refrigerados por agua de mar tienen una ventaja única, y la refrigeración es un gasto importante para los centros de datos terrestres. Según datos públicos, el 41% del costo anual de electricidad de un centro de datos se utiliza para refrigeración, y el consumo anual de electricidad de los centros de datos en todo el mundo representa aproximadamente el 2% de la electricidad total del mundo. Entre ellos, el costo del consumo de energía representa entre el 30% y el 50% de toda la industria de TI.

¿Por qué la refrigeración es tan cara? De hecho, en los centros de datos terrestres, generalmente hay dos formas de enfriar los datos: una es usar enfriamiento mecánico, es decir, usar un sistema de aire acondicionado pesado para enfriar el servidor, pero este método de enfriamiento necesita consumir mucha electricidad cada vez. día, y el costo ha sido alto.

La otra es enfriar el servidor mediante evaporación de aire y agua. Este método, naturalmente dotado, tiene un coste mucho menor que el anterior, pero también tiene sus propios inconvenientes: el grado de finalización y la calidad de la refrigeración están determinados por la temperatura del aire exterior y las condiciones del agua, y la maniobrabilidad humana es demasiado baja.

El agua de mar con una mayor capacidad calorífica puede almacenar el exceso de calor generado por el centro de datos: sólo se necesita un intercambiador de calor para transferir el calor del centro de datos al agua de mar circundante, por así decirlo, es una combinación de dos métodos tradicionales de refrigeración: estable y libre uso de los recursos naturales.

En tercer lugar, la densidad de población costera es alta, la transmisión de datos es rápida y la eficiencia de la computación en la nube es mayor: para ahorrar tierra y costos operativos, los centros de datos tradicionales generalmente eligen áreas remotas escasamente pobladas, lo que conduce directamente a una transmisión de datos demasiado lenta y demasiado lenta. mucho retraso. Los centros de datos submarinos son diferentes:

Alrededor del 50 por ciento de la población mundial vive a menos de 150 kilómetros de la costa. Construir el centro de datos bajo el mar ahorra costes y está cerca de zonas residenciales, matando dos pájaros de un tiro.

Además, existen muchas otras ventajas:

Por ejemplo, podemos utilizar la energía de las mareas del océano para obtener electricidad neutra en carbono en el océano; El ancho de banda submarino se puede conectar a través de tuberías para acelerar la transmisión de datos; La burocracia tradicional puede evitarse al construir un centro de datos submarino: los servidores pueden construirse en silos estancos en líneas de montaje y enviarse al mar en un barco de carga para su implementación. Como dice Microsoft, estos módulos de servidores se pueden implementar en un plazo de 90 días; mientras que los centros de datos tradicionales tardan entre uno y dos años en construirse.

En teoría, los centros de datos submarinos tienen muchas ventajas, entonces, ¿qué tan difícil es lograrlo? -- Microsoft tiene la primera respuesta.

De hecho, ya en 2015, Microsoft comenzó a estudiar la viabilidad de construir centros de datos bajo el agua y luego lanzó el Proyecto Natick.

En la primera fase del proyecto Natick, en 2015, el equipo de investigación de Microsoft llevó a cabo un experimento de 105-días para maximizar la protección contra fugas, asegurándose de que el centro de datos estuviera colocado en un contenedor impermeable. El experimento fue un éxito: Microsoft descubrió que la resistencia al agua del módulo de servicio podía garantizarse en agua de mar.

Entonces, en la segunda fase, Microsoft está tratando de impulsar el experimento y aterrizar el proyecto: "enviar los datos al fondo del océano" para ver si los datos se pueden conservar en buenas condiciones después de unos años. Microsoft colocó un centro de datos en un contenedor de acero sellado, lo llenó con nitrógeno y luego utilizó un submarino para transportar el contenedor al mar.

El experimento contó con el apoyo del Centro Europeo de Energía Marina (EMEC): EMEC no sólo aportó su experiencia en apoyo a las energías renovables, sino que también actuó como asesor geográfico en las Orcadas; EMEC incluso proporcionó el cable submarino que conecta el centro de datos con la costa.

El submarino que lleva al servidor a las profundidades del mar se llama Leona Philpot, un personaje del juego Halo. Navegó hacia la oscuridad del Mar del Norte cerca de Ornik, Escocia.

¿Por qué Orcadas? Por un lado, como Orkney es un importante centro de investigación sobre energías renovables, el Centro Europeo de Energía Marina (EMEC) lleva 14 años experimentando aquí con la energía de las mareas y las olas. Por otro lado, Orkney tiene un clima frío, lo que ayuda a reducir los costes de refrigeración de los centros de datos.

Microsoft colocó el centro de datos a menos de un kilómetro del lecho marino y desplegó sensores ambientales dentro de compartimentos blancos de alta presión para monitorear su estado en tiempo real. El centro de datos y el océano son "perfectos": sus necesidades de energía se capturan a través de cables submarinos y los datos se transmiten fácilmente al resto del mundo frente a la costa. En 2018, se completó el centro de datos de Microsoft en el Mar del Norte: un total de 864 servidores, 27,6 PB de memoria, para probar el rendimiento, una inmersión profunda durante dos años.

De hecho, lo que más preocupa a los investigadores son los daños al centro de datos: una vez que las computadoras del centro de datos submarino fallan, no se pueden reparar. Afortunadamente, funcionó bien. En agosto de 2020, todas las computadoras estaban recuperadas: solo ocho de más de 800 fallaron, una tasa de falla más baja que en los centros de datos terrestres.

¿Cómo lograr bajas pérdidas? Los investigadores del proyecto especulan que, por un lado, el clima frío actuó como un amortiguador; Por otro lado, el nitrógeno también desempeña un papel protector. En resumen, esta prueba a pequeña escala valida aún más la posibilidad y el valor del almacenamiento submarino. Los investigadores del proyecto dijeron que el proyecto no sólo tiene una baja tasa de fallas, sino que todo el suministro de energía del centro de datos proviene de energía eólica y solar, aprovechando al máximo los recursos naturales.

Además, de acuerdo con la teoría, el costo de gestión, el costo de construcción y las pérdidas ante desastres naturales y otras emergencias del centro de datos submarino son todos más bajos que los del centro de datos terrestre.

Sin embargo, ésta es sólo una victoria temporal. El volumen de más de 800 servidores está lejos del de los centros de datos terrestres; después de todo, los centros de datos terrestres tienen decenas de miles de servidores. En cierto sentido, este centro de datos es más experimental que práctico y se puede decir que es un pequeño proyecto piloto para Microsoft. El director ejecutivo de Microsoft, Satya Nadella, dijo que el centro de datos submarino replicará el Proyecto Natick en todo el mundo.

Si Microsoft quiere promover con éxito el centro de datos submarino, no puede hacerlo sin resolver el difícil problema en esta etapa:

Primero, el experimento de Microsoft ha sido recibido con mucho escepticismo ambiental. Ian Bitterlin, profesor de estudios de datos, cree que el calor generado por los centros de datos puede afectar la temperatura del agua del océano. El equipo de Microsoft debe resolver cómo demostrar que el centro de datos submarino no causará una mayor contaminación al medio ambiente marino y cómo evitar posibles riesgos de contaminación.

En segundo lugar, el daño de 8 servidores en más de 800 servidores no parece ser una gran cantidad, pero una vez que se promueve el centro de datos submarino, la pérdida probablemente será de cientos de miles de unidades, entonces será necesario construir el centro de datos submarino correspondiente. estación de servicio de mantenimiento, así como soluciones completas de mantenimiento de equipos.

En tercer lugar, como señala Ian Bitlin, la costa no es el mejor lugar para construir un centro de datos: aunque el tráfico en la costa es mucho mayor que en la naturaleza, todavía no es tan extenso como el centro de datos de la gran ciudad. .

Por supuesto, el proyecto Natick no es sólo un impulso para la construcción de centros de datos submarinos. Incluso si los centros de datos submarinos no escalan, estos experimentos creativos ofrecen lecciones valiosas para la industria de los centros de datos.

Por ejemplo, al construir un centro de datos submarino en las islas Ornik, el equipo se inspiró en la electricidad proporcionada por la energía eólica y solar; los investigadores dijeron que en el futuro podrían considerar la posibilidad de implementar centros de datos submarinos con parques eólicos marinos, tomando prestada energía eólica. energía para alimentar el centro de datos, matar dos pájaros de un tiro o incluso conectar líneas eléctricas terrestres a los cables ópticos necesarios para transmitir datos.

Como resultado, Microsoft está buscando formas de replicar los beneficios del modelo submarino en centros de datos terrestres, como un bajo desgaste de los servidores y una alta seguridad.

El Proyecto Natick tiene el potencial de revolucionar la implementación de centros de datos, brindando flexibilidad, construcción rápida y escalamiento eficiente. Si bien Microsoft prevé replicar el éxito del Proyecto Natick a nivel mundial, los desafíos incluyen preocupaciones ambientales y la necesidad de estaciones de mantenimiento submarinas en caso de un despliegue generalizado. Los experimentos de Microsoft no sólo traspasan los límites de la tecnología sino que también ofrecen conocimientos valiosos para toda la industria. El enfoque innovador de Microsoft, exitoso o no, significa un importante paso adelante en la industria de los centros de datos.