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)中心都是標準的 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 臺標準的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器以及高達 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 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)需要的機器學習模型等數(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，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，潮汐速度最高可達每小時 9 英里，海浪周期洶涌著高達 10 英尺的巨浪，在遇到風暴的情況下高度甚至可以達到 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力發(fā)電機以及布滿屋頂?shù)奶柲茈姵匕?，它們每天?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 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。