微軟將數據中心放在海底 這會(huì )是未來(lái)么？

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

　　為什么要設立海底數據中心?

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

　　原型設備制作完成后，他們并沒(méi)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域進(jìn)行部署測試工作，在接下來(lái)的 105 天內研究人員發(fā)現這個(gè)數據中心非但沒(méi)有出現問(wèn)題，反而是平穩運行，在這樣的結論下，他們便開(kāi)始進(jìn)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(kāi)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(lái)看，這些將被部署在海底的數據中心都是標準的 12.2 米長(cháng)，內徑 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(gè)巨大的圓柱體中擁有 12 個(gè)機架，共裝備 864 臺標準的數據中心服務(wù)器以及高達 27.6PB 的磁盤(pán)儲存容量。根據官方公布的信息，它可以實(shí)現 90 天內從工廠(chǎng)發(fā)貨到最終上線(xiàn)工作，并且在無(wú)需維護的情況下持續運行長(cháng)達 5 年之久。

　　它對生活有什么好處么?

　　現在，我們的生活已經(jīng)離不開(kāi)無(wú)處不在的互聯(lián)網(wǎng)，而這其中數據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據中心。

　　不僅是云計算平臺，它也是人工智能的技術(shù)基礎，人工智能技術(shù)需要的機器學(xué)習模型等數據皆被儲存在一個(gè)個(gè)數據中心中，我們使用支付寶、微信支付等交易數據還有淘寶、京東等網(wǎng)絡(luò )交易記錄都被這一個(gè)個(gè)數據中心所記錄著(zhù)。并且智能手機和智能家居等物聯(lián)網(wǎng)設備的快速發(fā)展使得計算行業(yè)對于數據中心的需求呈現出指數級增長(cháng)，目前數據中心的數量在未來(lái)已經(jīng)不足以滿(mǎn)足用戶(hù)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?xún)鹊膮^域，之所以將數據中心部署在沿海城市附近的數據，主要是為了減少數據中心與用戶(hù)之間的距離，這樣的話(huà)可以為沿海居民帶來(lái)更好的網(wǎng)絡(luò )體驗，并且在人口聚集地區可以有效緩解對于云計算基礎設施的需求以提高效率。

　　固定在基座上的數據中心

　　根據設想，海底數據中心采用的是模塊化設計，每個(gè)部分都根據需求實(shí)現尺寸定制以實(shí)現快速部署，這樣不僅可以有效降低數據中心在建造時(shí)所耗費的成本，并且在后期發(fā)現其已經(jīng)不足以滿(mǎn)足計算需求的情況下可以及時(shí)的去進(jìn)行增加。

　　微軟 CEO 薩提亞·納德拉曾表示，Project Natick 是一個(gè)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(gè)計算行業(yè)帶來(lái)變革。

　　用潛艇技術(shù)建造的數據中心

　　潛艇是一種大型抗壓容器，其內部安裝了各種用于艦艇管理的數據管理系統等基礎設施，這些系統需要滿(mǎn)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(yíng)在海底的數據中心由于其特殊性，在很多方面與潛艇有很大的相似之處。

　　為了保證海底數據中心可以長(cháng)時(shí)間穩定運行，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)設計和制造維護的技術(shù)運用于自家海底數據中心的建設。

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

　　這套散熱系統主要是利用管道將海水直接流過(guò)服務(wù)器機架背面的散熱裝置，在加熱的同時(shí)被排回大海，由于海水較大的比熱容而且較快的流動(dòng)性，從數據中心排出的熱水可以很快的與周?chē)暮Ｋ诤侠鋮s，如此反復，可以有效地降低數據中心的溫度。

　　數據中心螺栓封死且所有系統在法國的工廠(chǎng)經(jīng)過(guò)完整的檢查測試之后，該團隊便會(huì )將其裝載到一輛 18 輪的卡車(chē)后部并將其運輸至奧克尼群島。在那里，它會(huì )被安裝到一個(gè)填滿(mǎn)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)提前鋪設完成的海底電纜會(huì )與其相連接，以實(shí)現其與陸地操作中心的數據交互。

　　由可再生能源實(shí)現的環(huán)保供電

　　微軟海底數據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換裝置的試驗場(chǎng)地，它們利用海水的流動(dòng)產(chǎn)生電力。在那里，潮汐速度最高可達每小時(shí) 9 英里，海浪周期洶涌著(zhù)高達 10 英尺的巨浪，在遇到風(fēng)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(shí)現發(fā)電，海岸上還有高聳的風(fēng)力發(fā)電機以及布滿(mǎn)屋頂的太陽(yáng)能電池板，它們每天以 100% 可再生能源的方式為島上 10000 名居民提供著(zhù)豐富的電力，海底數據中心也由這些設備提供電力，根據官方提供的數據，其在滿(mǎn)負荷運行的情況下功率低于 250kW。

　　微軟云計算和企業(yè)部門(mén)云基礎架構戰略總經(jīng)理 Christian Belady 表示，利用海洋、太陽(yáng)能等可再生能源為數據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據中心實(shí)現能源自給自足，并且在電力供應方面不會(huì )受到地域和能源供應的限制，這樣的話(huà)即使部署地區電力供應情況不夠穩定也不需要昂貴的備用發(fā)電機來(lái)提供電力。

　　「我們希望可以根據客戶(hù)需求在地球上任何地方快速部署數據中心」Belady 稱(chēng)，長(cháng)期以來(lái)他一直在倡導嘗試探索數據中心和可再生能源相結合以簡(jiǎn)化和加速云計算基礎設施的建設工作。

　　關(guān)于這個(gè)項目的一些疑問(wèn)

　　這個(gè)項目目前已經(jīng)進(jìn)入第二階段的實(shí)驗工作，但是其正式商用的時(shí)間尚未確定。

　　由于 Project Natick 項目的設備主體位于海底，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 項目規劃

　　對于存在的這些問(wèn)題，Culter 給出了這樣的一份答卷：

　　1. 關(guān)于海水腐蝕的問(wèn)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?xún)?yōu)異，但是由于高昂的造價(jià)因此并不適用于容器的制作;復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(guò)大的水壓，因此無(wú)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(huì )對海洋環(huán)境造成傷害。

　　2. 關(guān)于海洋生物的問(wèn)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(gè)問(wèn)題，為了避免海洋生物聚集在容器表面導致不必要的損失，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(wú)法在容器表面堆積也就使得海洋生物并不會(huì )在容器表面聚集。

　　3. 關(guān)于容器散熱的問(wèn)題

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

　　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(lái)保證散熱的效果。雖然這個(gè)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(huì )因此進(jìn)入內部格柵而堆積。

　　為了解決這個(gè)問(wèn)題，在格柵內部的管道均覆蓋了極為光滑的涂層并且設備中有電解產(chǎn)氯的設備，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(huì )對海水造成污染。

　　4. 關(guān)于海水壓力問(wèn)題

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

　　容器的設計方面，其可以實(shí)現 150m 深度安全運行，并且極限深度為 290m，但是測試過(guò)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(shí)現 100m 部署深度并且涂層厚度僅為 19mm。

　　對于數據中心存在的系統維護問(wèn)題，由于目前的技術(shù)限制，目前只能選擇放棄損壞的數據中心并進(jìn)行更換。

　　項目官網(wǎng)存在這樣的兩個(gè)視頻鏈接，其來(lái)自于海底數據中心表面的攝像頭，它們每時(shí)每刻都在向外傳輸周?chē)h(huán)境的情況。對于這個(gè)項目更多的疑問(wèn)，可以查看微軟技術(shù)大會(huì )官方錄制的視頻以獲得更深層次的內容解答。