微軟成功測試海底數據中心,快速部署並能提供長期互聯網連接

TECH2IPO 於 13/06/2018 發表 收藏文章
作為 Natick 項目的第二階段,微軟利用潛艇技術與海洋能源的領導者合作,開發出自給自足的新型水下數據中心,從而為沿海城市提供閃電般快速的雲服務。微軟近日宣佈,其海底數據中心正在英國蘇格蘭奧克尼羣島附近的海底負載試運行。

*Natick 項目的北部島嶼數據中心在蘇格蘭奧克尼羣島沿岸下沉到 117 尺深的巖板海床,實現完全淹沒。微軟的 Natick 項目是一項歷時一年的研究工作,旨在調查製造、可持續運營、預先打包的數據中心單元的可行性,這些數據單元可以根據尺寸來訂購、也可以快速部署在海底默默地運行多年。(照片由微軟提供)

在歐洲海洋能源中心部署北部島嶼數據中心,是微軟 Natick 項目的又一里程碑。這個為期多年的研究項目旨在探索環境可持續型預裝數據中心的製造和運維方法,使其可以按尺寸定製、快速部署並在海底長期運行。

微軟人工智能與研究事業部副總裁兼微軟新體驗與新技術(NExT)事業部負責人 Peter Lee 表示:「雖然這是一系列瘋狂的想法,但 Natick 項目正在不斷把它們變成現實。」

這是一個被微軟首席執行官薩提亞·納德拉(Satya Nadella)形容成堪比「登月計劃」的項目,它甚至可以變革微軟的業務核心,乃至整個計算機技術行業。Natick 項目是一個突破性的想法,可以滿足人口密集地區對雲計算基礎設施的大量需求。

世界上有一半以上的人口生活在海岸 120 英里以內的區域內。通過在沿海城市附近的水域中部署數據中心,數據可以在很短的距離內到達沿海社區,從而支持快速流暢的上網、視頻直播、遊戲以及其他基於人工智能技術的體驗。

Peter Lee 表示:「為了實現真正的人工智能,我們現在非常依賴雲計算。如果我們每個人都可以在同一個網絡環境中,那麼這不僅有利於我們的產品,也將使我們客户所服務的產品獲益。」

*Spencer Fowers 是微軟特別項目研究團隊的高級技術人員,他正在為 Natick 項目位於英國蘇格蘭奧克尼羣島的北部島嶼數據中心做準備。數據中心將被固定在一個填滿壓艙重物的海底三角基座上。(圖片:Scott Eklund/Red Box Pictures)

從法國到蘇格蘭

Natick 項目在 40 英尺長的北部島嶼數據中心裝載了 12 個機架,其中包含 864 台服務器以及相關冷卻系統設施。數據中心在法國進行封裝和檢測,然後用一輛平板卡車運往蘇格蘭。在蘇格蘭,數據中心被固定在一個填滿壓艙重物的三角形基座上,以便部署在海床上。

部署當天,風平浪靜,海面上籠罩着一層濃霧。領導 Natick 團隊的微軟研究部門特別項目組項目經理 Ben Cutler 説:「對我們來説,這是個完美的天氣。」

數據中心被拖到海面上,部分被海水淹沒,由一艘工業雙體船式的龍門駁船之間的絞盤和起重機吊起。在部署地點,一輛遙控操作的車輛從海底取回一根包含光纖和電力線路的電纜,將其帶到海面上進行檢查並連接到數據中心,數據中心由此開啟。
Cutler 説:「隨着這些風險的消除,人們終於鬆了一口氣」。就在這時,最後一縷霧散了。

當天最複雜的任務是一點一點把數據中心和電纜下沉到 117 英尺深的巖質海床上。船員們使用了 10 台絞車、一輛起重機、一艘龍門駁船和一輛遠程操作汽車,配合數據中心的部署工作。

Cutler 説:「一天中最令人高興的時刻就是,數據中心按照大家精心設計的路線,徐徐沉入海面。」一旦數據中心到達海底,鐐銬就會被鬆開,絞索會被拖到海面上,北部島嶼數據中心的運營控制權就會轉移到岸上。

從海底數據中心的部署、運營乃至最終恢復中學到的一切經驗教訓,都將使研究人員能夠根據實際運營水下的現實情況來對比他們的期望值。

*微軟Natick項目團隊聚集在一艘系在蘇格蘭奧克尼羣島碼頭的駁船上,為海底部署北部羣島的數據中心做準備。圖片中從左到右依次是:高級研發工程師Mike Shepperd、高級軟件工程師Sam Ogden、高級技術人員Spencer Fowers、研究員Eric Peterson、項目經理Ben Cutler。(圖片來源:Scott Eklund/Red Box Pictures)

可再生能源供電

北部羣島是 Natick 項目的後續章節,它講述了一個關於「研究是否有可能使用現有物流供應鏈,向世界任何地方(乃至條件最惡劣的海域)運輸並快速部署模塊化數據中心」的故事。

Cutler 説:「我們知道,如果我們能把某個東西放在這裏,並使它存活下來,那麼我們就能把東西放在任何我們想去的地方。」

歐洲海洋能源中心是實驗潮汐能渦輪機和波浪能轉換器的試驗場,它們通過海水運動產生電能。那裏的潮汐流最高強度可達到每小時 9 英里,海面上經常翻騰起 10 英尺高的海浪,風暴天氣下,海浪高達 60 英尺以上。

在岸上,風力渦輪機從農民延綿不絕的農田中拔地而起,太陽能板點綴着具有幾百年歷史的老房子的屋頂,產生的電能足以為島上 1 萬居民提供 100% 的可再生能源。來自奧克尼島電網的一根電纜將電力輸送到數據中心,在滿負荷運轉的情況下,它只需不到 250 千瓦的電力。

*風車是奧克尼羣島的一道特殊的風景線,可再生能源技術為島上的 1 萬居民提供了 100% 的電力。來自奧克尼島電網的一根電纜也為微軟位於海岸附近的北部島嶼數據中心提供電力。在那裏,實驗性的潮汐能渦輪機和波浪能轉換器通過海水運動來發電。(圖片:Scott Eklund/Red Box Pictures)

微軟雲計算和企業事業部雲基礎設施戰略與架構總經理 Christian Belady 解釋道,微軟希望數據中心可以做到電力自給自足,而將數據中心建在海洋可再生能源設施附近,只是這一願景的第一步。

他指出,能源自給自足的數據中心可以部署在數據管道可及的任何地方。比如,數據中心可以為電力不穩定的地區帶來 Azure 雲服務,即使電網出現故障時,也不再需要昂貴的備用發電機來維持網絡服務了。

Belady 説:「我們的願景是能夠根據客户的需要,在地球上的任何角落迅速部署計算能力。」他長期倡導探索把數據中心與能源發電相結合的研究項目,以期簡化並加快雲計算基礎設施的構建。

互聯網的骨幹

數據中心是互聯網的骨幹,是雲計算的物理雲。基於此,客户充分利用規模經濟來安全地存儲和處理數據、訓練機器學習模型並運行人工智能算法。

隨着企業越來越多地把網絡和計算需求轉向雲端,智能手機、機器人等各種智能設備進入人們的生活,整個計算行業對數據中心資源的需求正在呈指數級增長。

Cutler 説:「這種指數增長曲線的出現,正是因為我們所期望構建的數據中心還沒有被建造起來。」他強調了構建數據中心競爭中創新的重要性,數據中心正在迅速成為 21 世紀基礎設施的重要組成部分。

海底數據中心的概念最初是在一份白皮書中提出的,這份白皮書是微軟為鼓勵員工分享創新性想法的「ThinkWeek」活動提出的,希望可以利用海水冷卻服務器達到降低能耗的目的。Peter Lee 的團隊對此很感興趣。在 2014 年 7 月啟動,Natick 計劃僅僅 12 個月的時間完成了概念原型機的製作,並在在美國加州附近平靜的淺水區完成了部署。

經過了 105 天在海底的平穩運行,原型機在可行性上驗證了海底數據中心的設想。Natick 項目團隊深受鼓舞,加快設計、製造並測試部署在蘇格蘭的全尺寸模塊。Cutler 説,最新的版本將在免維護的情況下能夠運行高達 5 年。

*Natick 項目的北部島嶼數據中心被部分淹沒,並由一艘工業雙體船式的龍門駁船之間的絞車和起重機吊起。在部署地點,一個包含光纖和電力線路的電纜連接到微軟數據中心,隨後數據中心和電纜一點一點沉入 117 英尺深的海底。(圖片:Scott Eklund/Red Box Pictures)

數據中心和潛艇的協同效應

Natick 項目的第一階段表明,水下數據中心概念是可行的;第二階段的重點是研究這一概念在物流、環境和經濟方面是否切實可行。

第二階段一開始,微軟團隊就知道,建造這種類似潛艇的數據中心需要外部專家的幫助。這就是微軟選擇與擁有 400 年曆史的法國海軍集團(Naval Group)合作的原因。該公司在工程、製造和維護軍用艦艇和潛艇以及海洋能源技術方面領先全球。

微軟團隊向海軍集團介紹了水下數據中心的通用規格,並讓該公司主導設計和製造部署在蘇格蘭的船。

海軍集團高級副總裁、首席技術官兼創新總監 Eric Papin 説:「乍一看,我們認為數據中心和潛艇之間有很大的差距,但實際上它們有很多共通性。」

他指出,潛艇本質上是大型壓力容器,為船舶管理以及其它根據電力、體積、重量、熱平衡和冷卻等嚴格要求進行集成的系統提供複雜的數據管理和處理基礎設施。

*在法國佈雷斯特的一個海軍基地,工程師們把微軟服務器的機架和相關冷卻系統基礎設施移入 Natick 項目的北部島嶼數據中心。數據中心的尺寸與船上、火車和卡車上的 40 英尺 ISO 集裝箱差不多。(圖片:Frank Betermin)

潛艇技術

事實上,海軍集團為水下數據中心採用了一種通常用於冷卻潛艇的熱交換過程。該系統把海水直接通過 12 個服務器機架後面的散熱器輸送到海洋中。Natick 項目第一階段的發現表明,來自數據中心的水迅速混合並消散在周圍的水流中。

微軟特別項目研究小組高級技術人員高 Spencer Fowers 表示,為了最大程度地利用現有的物流供應鏈來進行運輸,這個數據中心的尺寸被設計成與船舶、火車和卡車運輸中使用的集裝箱大致相當。

一旦數據中心被關閉,並在法國檢查所有系統後,該團隊就把數據中心裝載到一輛 18 輪卡車上,並將其送往奧克尼羣島(包括渡口)。在蘇格蘭,這艘船安裝到一個填滿壓艙重物的三角形基座上,並被拖到海上,以便在龍門駁船上進行部署。

Fowers 説:「就像任何新車一樣,我們將大致檢查一番,以不同的速度運行發動機,以確保一切正常運轉。然後,一旦完全準備好了,我們就會找一兩個客户,讓他們開始在我們的系統上進行部署。」

*Spencer Fowers是微軟特別項目研究團隊的高級技術人員,他正在為Natick項目位於蘇格蘭奧克尼羣島的北部島嶼數據中心做準備。數據中心被固定在一個填滿壓艙重物的三角形基座上。(圖片:Scott Eklund/Red Box Pictures)

應用研究

Natick 項目團隊將在接下來的 12 個月裏監測並記錄數據中心的性能,密切關注從功耗、內部濕度到聲音和温度等各方面指標。

世界上深海的海水一直都很冷,能夠為人們提供隨時可用且免費的冷卻方式,而這正是陸地數據中心最大成本之一。水下數據中心還可以作為海洋可再生能源——如海上風力發電場或潮汐渦輪機——的固定承租方,從而讓這兩個行業同步發展。

目前,Natick 項目是一個應用研究項目,致力於確定在人口密集區域周邊運營集裝箱式海底數據中心的經濟可行性,為這個需求急劇增長的世界提供更便利、更經濟、更快速、同時對環境更友好的雲計算服務。

Peter Lee 説:「當你在研究一個瘋狂想法的時候,你可能永遠無法實現它。只要肯去實踐,就已經很棒了,無論如何,你學到了很多東西,在探索的道路上還會帶來意想不到的衍生品。不管海洋數據中心最終能否成功,我們都能從研究過程中學到很多東西。這個過程中我們了解到的關於磁盤故障、機架設計、冷卻系統機械工程等方面的知識都將對常規數據中心的建立和運營產生幫助。」


資料來源:TECH2IPO

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