眾所周知，數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，冷卻降溫過程則意味著巨大的能源消耗，同時(shí)意味著龐大的資金支出。而為了節(jié)約“空調(diào)費(fèi)”，把由精密的電子器件組裝而成的、嬌貴的數(shù)據(jù)中心放在水下，不得不說是一個(gè)大膽的想法——當(dāng)真的要把數(shù)據(jù)中心丟在海底的時(shí)候，海底設(shè)備的防水防腐問題、設(shè)備的供電問題、建造周期及運(yùn)維問題、環(huán)境問題等都是擺在實(shí)踐者面前的挑戰(zhàn)。并且，就算真的這么做成了，數(shù)據(jù)中心擁有者的總擁有成本(TCO)真的能降低嗎?
數(shù)據(jù)中心“潛水”不僅為散熱
微軟公司給《中國科學(xué)報(bào)》記者的書面回復(fù)顯示，微軟這一始于2014年夏天、名為Natick的項(xiàng)目，最初是由5位微軟工程師發(fā)起的，目前由微軟全球資深副總裁、微軟研究院新體驗(yàn)與新技術(shù)部負(fù)責(zé)人Peter Lee所領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)實(shí)施。最早提交提案的微軟云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施與運(yùn)營高級研究項(xiàng)目經(jīng)理Sean James曾有著在美國潛艇服役3年的經(jīng)歷，此后他在微軟數(shù)據(jù)中心工作了15年。
“我有在水下安裝復(fù)雜電子設(shè)備并防止它們被海水腐蝕的經(jīng)歷，那些嚴(yán)苛的設(shè)計(jì)、測試流程幫助我聯(lián)想到建造海底數(shù)據(jù)中心的可能性。”Sean James表示。
Natick項(xiàng)目的基本理念是，將數(shù)據(jù)中心服務(wù)器裝入防水容器中，放入海底，利用寒冷的海水帶走服務(wù)器工作中產(chǎn)生的大量熱量，以達(dá)到冷卻的目的。
值得一提的是，考慮到全球半數(shù)人口居住在距海岸線200公里以內(nèi)的地方，將Natick項(xiàng)目的海底數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)在離海岸線較近的地點(diǎn)是一個(gè)明智的選擇——靠近人口密集區(qū)域不僅可以降低維護(hù)運(yùn)營成本，同時(shí)也能讓數(shù)據(jù)傳輸距離大大縮短，傳輸速度更快，延遲更低。
從潛艇而來的想法，最終在實(shí)踐中也歸于“潛艇”。經(jīng)過綜合考慮，項(xiàng)目組最終決定選用更能承受海底高壓的圓筒形容器包裹住數(shù)據(jù)中心。微軟在回復(fù)中闡述稱，為了能夠建造這種類似潛艇的數(shù)據(jù)中心，微軟與擁有400年歷史的法國Naval集團(tuán)展開合作。Naval集團(tuán)在軍艦、潛艇的工業(yè)設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)以及海洋能源應(yīng)用等方面都擁有全球領(lǐng)先的專業(yè)技術(shù)。他們將常用于潛艇冷卻的熱交換系統(tǒng)加以改造，用于海底數(shù)據(jù)中心。系統(tǒng)利用管道將海水直接通過服務(wù)器機(jī)架背面的散熱器，然后排回大海——不必?fù)?dān)心，排出的高溫海水可以很快與周圍水流融合冷卻。
最終，Natick項(xiàng)目的數(shù)據(jù)中心以長40英尺的圓柱集裝箱形態(tài)與世人見面。這一擁有12個(gè)機(jī)架、搭載了共計(jì)864臺(tái)服務(wù)器和相應(yīng)冷卻設(shè)施的“海底機(jī)房”通過鋪設(shè)的海底電纜與陸上操作中心相連。
在解決設(shè)備供電問題時(shí)，微軟研究人員原本設(shè)想通過陸上發(fā)電站進(jìn)行供電，但隨后他們找到一個(gè)更滿意的方案：就地使用潮汐能和風(fēng)能對設(shè)備進(jìn)行供能。“這會(huì)在降低成本的同時(shí)也對環(huán)境更加友好。”Peter Lee說。
于是，他們把海底數(shù)據(jù)中心部署在“歐洲海洋能源中心”。這是一個(gè)潮汐渦輪機(jī)和海浪能量轉(zhuǎn)換器的實(shí)驗(yàn)場地，這些裝置不僅能把海水的流動(dòng)變成電力，海岸上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)和屋頂?shù)奶柲茈姵匕逡部蔀楹５讛?shù)據(jù)中心提供100%可再生能源。
微軟表示，在接下來的12個(gè)月里，Natick項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將密切監(jiān)測海底數(shù)據(jù)中心，詳細(xì)記錄功耗、濕度、聲音強(qiáng)度和溫度等各個(gè)方面的數(shù)據(jù)。“Natick項(xiàng)目仍然處于研究階段。”Peter Lee表示，需要通過目前階段的實(shí)驗(yàn)，確定在人口密集區(qū)域周邊運(yùn)營集裝箱式海底數(shù)據(jù)中心的經(jīng)濟(jì)可行性，從而為急劇增長的市場提供更便利、更經(jīng)濟(jì)、更快速、對環(huán)境更友好的云計(jì)算服務(wù)。
業(yè)界：做法值得贊賞但推廣值得商榷
對于微軟“海底數(shù)據(jù)中心”的嘗試探索，業(yè)界給出了積極正面的評價(jià)。
“海底機(jī)房很明顯是希望利用海浪和海水為云計(jì)算服務(wù)器群供能、制冷，特別是將數(shù)據(jù)中心放在海底，利用海水散熱，可以從預(yù)算中節(jié)省很大一部分的費(fèi)用。這與當(dāng)前一些建在靠近北極或者建在地下的數(shù)據(jù)中心的目的是一樣的，都是利用天然低溫降低制冷成本。”浪潮服務(wù)器產(chǎn)品部副總經(jīng)理陳彥靈在接受《中國科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)說，有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，電力能耗成本占數(shù)據(jù)中心TCO的20%左右，是主要成本之一。如何建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心，節(jié)能減排、降低PUE值(總能耗與IT負(fù)載耗能之比)、減少電費(fèi)開支，是眾多企業(yè)和IT廠商亟須共同解決的難題。
中科曙光數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品事業(yè)部總經(jīng)理何繼盛告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者，微軟從清潔能源供能和利用低溫海水散熱兩方面著手來提高數(shù)據(jù)中心的綠色程度，其做法有可取之處，創(chuàng)新和實(shí)踐精神更是值得學(xué)習(xí)。但是，該方案是否能夠大規(guī)模推廣，還有許多問題值得商榷。
“海底數(shù)據(jù)中心看似技術(shù)門檻不高，可以借鑒利用一些成熟的水下技術(shù)，但其實(shí)仍面臨著不少挑戰(zhàn)，如服務(wù)器的運(yùn)維問題、部署成本問題等。”何繼盛對記者說，陸上機(jī)房里的服務(wù)器產(chǎn)生故障可以隨時(shí)派工程師前往排查維修，但海底服務(wù)器如果有了問題，就很難及時(shí)維護(hù)，這對于服務(wù)器的品質(zhì)和遠(yuǎn)程運(yùn)維管理的能力是個(gè)不小的考驗(yàn)。
此外，從目前來看，海底數(shù)據(jù)中心是需要巨大的成本投入的。浪潮產(chǎn)品研發(fā)高級經(jīng)理李鐘勇告訴記者，涉及到潛艇技術(shù)、機(jī)架設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)、機(jī)械工程、能源發(fā)電相等多種技術(shù)相結(jié)合，“這顯然比在陸地上建機(jī)房要難得多”。
他還提到，海底機(jī)房的供電系統(tǒng)會(huì)兼容潮汐或海浪發(fā)電系統(tǒng)，而潮汐發(fā)電產(chǎn)生的電能是不恒定的，這對于供電系統(tǒng)的切換是一個(gè)挑戰(zhàn)。
受訪專家同時(shí)提到，海底數(shù)據(jù)中心如大規(guī)模推廣，海洋環(huán)境是否受影響的問題就不得不重新評估了。
在對Natick項(xiàng)目的介紹中，微軟提到該項(xiàng)目對海洋環(huán)境的影響微乎其微：“第一座海底數(shù)據(jù)中心原型機(jī)Leona Philpot下水后很快融入環(huán)境，海洋生物并不排斥它，還很快在上面定居。數(shù)據(jù)中心發(fā)出的噪音甚至都被周圍小蝦游動(dòng)時(shí)發(fā)出的咔嗒聲掩蓋了。”
這當(dāng)然是一種理想的狀態(tài)，但何繼盛認(rèn)為，如果沿海大批量部署此類數(shù)據(jù)中心，其對海洋環(huán)境的影響就不是這么簡單了。
陳彥靈也發(fā)問道：“海洋是一個(gè)完整的生態(tài)鏈，具有完整的保護(hù)機(jī)制。原本的海洋環(huán)境形成了特定的生物運(yùn)行模式和生物群，如果將服務(wù)器的熱量散到海水中，是否會(huì)改變這里的海洋環(huán)境?”
打造綠色數(shù)據(jù)中心還有高招
早在2014年，我國政府采購就傾向綠色數(shù)據(jù)中心。2014年5月，國家發(fā)展改革委、財(cái)政部、工業(yè)和信息化部、科技部發(fā)布了《關(guān)于請組織申報(bào)2014年云計(jì)算工程的通知》，要求面向政務(wù)應(yīng)用和面向重點(diǎn)行業(yè)的公共云計(jì)算服務(wù)，云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)所用數(shù)據(jù)中心PUE不高于1.5。自此，各大IT基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商都在為讓機(jī)房的PUE值趨近于1而努力。受訪專家告訴記者，除了微軟探索的“海底機(jī)房”，目前仍有不少手段可以用于打造綠色數(shù)據(jù)中心。
“除了利用海水、低溫氣候等自然散熱條件外，現(xiàn)在在探索中被證明行之有效的綠色方案還有液冷散熱技術(shù)、高溫服務(wù)器、余熱回收利用等。”何繼盛告訴記者，特別是液冷技術(shù)，相對風(fēng)冷而言散熱介質(zhì)發(fā)生了根本性變化，目前已經(jīng)有冷板式服務(wù)器產(chǎn)品在售。
“高溫服務(wù)器”則是另外一種思路。“把服務(wù)器比作人的話，就好比空調(diào)原本需要25℃，現(xiàn)在它能夠耐受28℃甚至30℃了。”何繼盛解釋說。
目前開展數(shù)據(jù)中心的余熱回收利用的探索并不太多，這緣于數(shù)據(jù)中心的余熱屬于“大規(guī)模、低品位”余熱，在回收利用上存在一些現(xiàn)實(shí)考量。不過，何繼盛表示，如果這一方面進(jìn)展順利，則是最有可能將機(jī)房PUE值降低至1以下的情形。
而對比海底機(jī)房和液冷技術(shù)，相關(guān)受訪專家均認(rèn)為液冷技術(shù)發(fā)展?jié)摿Ω蟆ｊ悘╈`告訴記者，服務(wù)器液冷技術(shù)在近幾年有了長足的發(fā)展，液冷系統(tǒng)的各個(gè)組件，包括冷板、接頭、管路、CDU等方面，都有了針對服務(wù)器液冷的產(chǎn)品線開發(fā)，很多廠家也成立了專門針對云計(jì)算方向液冷的產(chǎn)品線規(guī)劃。“整體來說，服務(wù)器液冷的整個(gè)供應(yīng)鏈體系日漸成熟，具備了量產(chǎn)的可能性。”
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