微软发现水下数据中心是可靠、实用和可持续使用能源的

今年夏天早些时候，海洋专家们从苏格兰奥克尼群岛附近的海底卷起了一个集装箱大小的数据中心，上面覆盖着藻类、藤壶和海葵。

这次取回启动了长达一年的努力的最后阶段，证明了水下数据中心的概念是可行的，以及在后勤、环境和经济上的可行性。

2018年春季，微软的Natick项目团队在117英尺深的海底部署了北岛数据中心。在接下来的两年里，团队成员对数据中心服务器的性能和可靠性进行了测试和监控。

研究小组假设，海底的密封容器可以提供提高数据中心整体可靠性的方法。在陆地上，氧气和湿度的腐蚀、温度波动以及更换损坏部件的人的碰撞和推挤都是导致设备故障的变量。

北岛的部署证实了他们的假设，这可能对陆地上的数据中心有影响。

微软特别项目研究组的项目经理、领导Natick项目的本·卡特勒(Ben Cutler)表示，从Natick项目中学到的教训也在为微软围绕能源、浪费和水的数据中心可持续发展战略提供信息。

此外，他补充说，水下数据中心经过验证的可靠性已经促使他们与微软在Azure的一个团队进行了讨论，该团队希望为需要在世界任何地方部署和运营战术和关键数据中心的客户提供服务。

“我们正在用大大小小的边缘设备填充全球，”Azure任务系统副总裁威廉·查佩尔(William Cappell)说。“学习如何使数据中心足够可靠，而不需要人与人接触，这是我们的梦想。”

2014年，在微软的ThinkWeek期间，水下数据中心的概念出现在了现场，这是一个聚集员工分享开箱即用的想法的活动。这一概念被认为是向沿海居民提供闪电般的云服务并节省能源的潜在方式。

世界上超过一半的人口居住在离海岸120英里的范围内。通过将数据中心放置在靠近沿海城市的水下，数据将有较短的距离传输，从而实现快速流畅的网络冲浪、视频流和游戏。

持续冷却的海底还允许节能的数据中心设计。例如，他们可以利用在潜艇上发现的热交换管道。

2015年，微软的Natick项目团队在太平洋进行了105天的部署，证明了水下数据中心的概念是可行的。该项目的第二阶段包括与物流、造船和可再生能源方面的海洋专家签订合同，以表明这一概念也是可行的。

卡特勒说：“我们现在正努力利用我们所做的一切，而不是觉得有必要去证明更多。”“我们已经做了我们需要做的事。如果合适的话，Natick是该公司可以使用的关键构件。“。

北岛水下数据中心是由海军集团及其子公司海军能源公司(Naval Energy)制造的，这些公司是海军防御和海洋可再生能源方面的专家。总部位于奥克尼岛的Green Marine公司支持海军集团和微软公司部署、维护、监测和检索该数据中心，微软的特别项目组运营了两年。

北岛部署在欧洲海洋能源中心，这是潮汐涡轮机和波能转换器的试验场。那里的潮流在最高强度时以每小时9英里的速度行进，在暴风雨条件下，海面上的海浪高达60英尺以上。

北岛水下数据中心的部署和取回需要异常平静的大海，以及在龙门驳船浮桥之间表演的机器人和绞盘的精心编排的舞蹈。手术的每一端都花了整整一天的时间。

当部署时，北部岛屿闪耀着白色的光芒。水下两年为藻类和藤壶的薄皮形成提供了时间，为海葵在其压舱物填充基地的遮蔽角落里生长到哈密瓜大小提供了时间。

微软特别项目研究小组的主要技术人员斯宾塞·福尔斯(Spencer Fowers)说：“实际上，我们对它的清洁程度印象深刻。”“上面没有太多坚硬的海洋生物，大部分都是海渣。”

一旦它被从海底打捞上来，在运离奥克尼群岛之前，绿色海军陆战队的力量就会清洗包裹在北部岛屿864台服务器和相关冷却系统基础设施中的防水钢管。

研究人员随后通过容器顶部的阀门插入试管，以收集空气样本，以便在华盛顿州雷蒙德的微软总部进行分析。

“我们让它充满了干氮，所以那里的环境相当友好，”弗尔斯说。

他补充说，问题是通常从电缆和其他设备释放的气体可能会如何改变计算机的操作环境。

经过清洁和空气采样的数据中心被装载到一辆卡车上，并被开到全球能源集团(Global Energy Group)位于苏格兰北部的尼格能源公园(Nigg Energy Park)设施。在那里，海军集团拧下端盖，滑出服务器机架，Fowers和他的团队进行健康检查，收集组件送到雷蒙德进行分析。

在装箱并送往雷德蒙德的组件中，有一小部分出现故障的服务器和相关电缆。研究人员认为，这种硬件将帮助他们理解为什么水下数据中心的服务器比陆地上的服务器可靠8倍。

“我们会说，‘嘿，这看起来真的很不错，’”弗沃斯说。“我们必须弄清楚到底是什么给了我们这样的好处。”

研究小组假设，氮气的大气(其腐蚀性比氧气小)以及没有人来撞击和推撞部件，是造成差异的主要原因。如果分析证明这是正确的，研究小组也许能够将发现转化为陆地数据中心。

“我们在水中的失败率是我们在陆地上看到的八分之一，”卡特勒说。

“我有一个经济模型，如果我每单位时间失去这么多服务器，我至少与土地持平，”他补充道。“我们比这要好得多。”

根据研究人员的说法，从Natick项目中学到的其他经验已经在指导关于如何让数据中心更可持续地使用能源的对话。

例如，Natick项目团队选择奥克尼群岛作为北部岛屿的部署，部分原因是那里的电网100%由风能和太阳能以及欧洲海洋能源中心正在开发的实验性绿色能源技术提供。

“我们已经能够在大多数陆基数据中心认为不可靠的网格上运行得很好，”Fowers说。“我们希望，我们可以看看我们的发现，然后说，也许我们不需要有那么多专注于电力和可靠性的基础设施。”

Cutler已经在考虑这样的场景，比如将水下数据中心与海上风电场共同定位。即使在微风中，数据中心也可能有足够的电力。作为最后的手段，一条来自海岸的电力线可以与传输数据所需的光纤电缆捆绑在一起。

其他与可持续性相关的好处可能包括消除使用更换部件的需要。在无人值守的数据中心，所有服务器大约每五年更换一次。服务器的高可靠性意味着早期出现故障的少数服务器可以简单地脱机。

此外，Cutler指出，Natick项目已经表明，数据中心可以在不开发对人类、农业和野生动物至关重要的淡水资源的情况下运行和保持凉爽。

“现在微软正在为陆地数据中心寻找实现这一目标的方法，”他说。

关于Natick项目潜在未来的早期讨论集中在如何扩大水下数据中心，以支持Microsoft Azure全套云服务，这可能需要将十几艘或更多北岛大小的船只连接在一起。

Fowers说：“随着我们从通用云计算转向云计算和边缘计算，我们看到越来越多的需要将较小的数据中心设在离客户更近的地方，而不是这些偏僻的大型仓库数据中心。”

这是查佩尔在Azure的团队密切关注Natick项目进展的原因之一，包括测试后量子加密技术，该技术可以保护来自敏感和关键部门的数据。保护数据的能力是Azure在多个行业的使命的核心。

查佩尔说：“他们能够非常迅速地部署它，而且它一直在工作，而且它对发送给它的信号进行了加密，这一事实结合在一起，告诉了我们一个相当令人信服的未来愿景。”