Introduction
Rares sont ceux qui savent que le concept de centres de données sous-marins est né lors de la ThinkWeek 2014 de Microsoft, une séance de brainstorming interne. Il a été proposé par un employé ayant de l’expérience dans l’exploitation de sous-marins de la Marine. Microsoft a mené des premières expériences, submergeant un centre de données sous l'eau pendant cinq mois, avec des résultats prometteurs.
Plus récemment, en 2018, Microsoft a envoyé un sous-marin équipé de 864 serveurs et capable de stocker 27,6 pétaoctets de données au fond des îles Orcades, au nord-est de l'Écosse. Deux ans plus tard, en juin 2020, Microsoft l'a ramené à terre pour évaluation. Les résultats montrent que le centre de données sous-marin fonctionne mieux que les centres de données traditionnels à tous égards, et que le taux de défaillance dans l'eau est un huitième de celui sur terre.
Pourquoi Microsoft met-il son data center sous la mer ? Après le pilote, la construction de centres de données sous-marins peut-elle être encouragée à grande échelle ?
Pourquoi Microsoft choisit les centres de données sous-marins
La réponse est simple : maximiser les ressources disponibles. Dans le même temps, il résout de nombreux défauts des centres de données terrestres.
Premièrement, les centres de données sous-marins sont plus sûrs et plus stables : les centres de données sont délicats et remplis de composants très sophistiqués qui peuvent être endommagés par les changements de température, la corrosion par l'oxygène et même les collisions lors du remplacement de pièces endommagées. Mais dans un environnement sous vide où la température peut être contrôlée, l'oxygène et la vapeur d'eau peuvent être extraits et les interférences humaines peuvent être isolées, la sécurité et la stabilité du centre de données seront grandement améliorées.
Sous la mer est sans aucun doute une source de données idéale - non seulement isolée de l'oxygène terrestre, de la vapeur d'eau, mais aussi pour mettre fin aux interférences humaines.
Deuxièmement, et c'est le plus important, les serveurs refroidis à l'eau de mer présentent un avantage unique, et le refroidissement représente une dépense majeure pour les centres de données terrestres. Selon des données publiques, 41 % du coût annuel de l'électricité d'un centre de données est utilisé pour le refroidissement, et la consommation électrique annuelle des centres de données dans le monde représente environ 2 % de l'électricité totale mondiale. Parmi eux, le coût de la consommation d'énergie représente 30 à 50 % de l'ensemble du secteur informatique.
Pourquoi le refroidissement est-il si cher ? En fait, dans les centres de données terrestres, il existe généralement deux façons de refroidir les données : l'une consiste à utiliser le refroidissement mécanique, c'est-à-dire à refroidir le serveur avec un système de climatisation lourd, mais cette méthode de refroidissement doit consommer beaucoup d'électricité à chaque fois. jour, et le coût a été élevé.
L'autre consiste à refroidir le serveur par évaporation de l'air et de l'eau. Cette méthode naturellement douée est beaucoup moins coûteuse que la première, mais elle présente également ses propres inconvénients : le degré d'achèvement et la qualité du refroidissement sont déterminés par la température de l'air extérieur et les conditions de l'eau, et la maniabilité humaine est trop faible.
L'eau de mer avec une capacité thermique plus élevée peut stocker l'excès de chaleur généré par le centre de données : seul un échangeur de chaleur est nécessaire pour transférer la chaleur du centre de données à l'eau de mer environnante, pour ainsi dire, c'est une combinaison de deux méthodes traditionnelles de refroidissement : stable et la libre utilisation des ressources naturelles.
Troisièmement, la densité de population côtière est élevée, la transmission des données est rapide et l'efficacité du cloud computing est plus élevée : afin d'économiser des terrains et des coûts d'exploitation, les centres de données traditionnels choisissent généralement des zones éloignées peu peuplées, ce qui conduit directement à une transmission de données trop lente et trop lente. beaucoup de retard. Les centres de données sous-marins sont différents :
Environ 50 pour cent de la population mondiale vit à moins de 150 kilomètres d’un littoral. Construire le centre de données sous la mer permet de réaliser des économies et d'être proche des zones résidentielles, faisant d'une pierre deux coups.
De plus, il existe de nombreux autres avantages :
Par exemple, nous pouvons utiliser l’énergie marémotrice de l’océan pour obtenir de l’électricité neutre en carbone dans l’océan ; La bande passante sous-marine peut être connectée via des pipelines pour accélérer la transmission des données ; Les formalités administratives traditionnelles peuvent être contournées lors de la construction d'un centre de données sous-marin : les serveurs peuvent être construits dans des silos étanches sur des chaînes de montage et expédiés en mer par cargo pour être déployés. Comme le dit Microsoft, ces modules de serveur peuvent être déployés dans un délai de 90 jours ; alors que la construction des centres de données traditionnels prend un à deux ans.
Théoriquement, les centres de données sous-marins présentent de nombreux avantages, alors est-ce difficile à réaliser ? -- Microsoft a la première réponse.
Projet Natick de Microsoft et construction réelle
En effet, dès 2015, Microsoft a commencé à étudier la faisabilité de construire des centres de données sous l’eau, puis a lancé le projet Natick.
Au cours de la première phase du projet Natick, en 2015, l'équipe de recherche de Microsoft a mené une expérience d'une journée pour maximiser la protection contre les fuites, en s'assurant que le centre de données était placé dans un conteneur étanche. L'expérience a été un succès : Microsoft a découvert que l'étanchéité du module de service pouvait être garantie dans l'eau de mer.
Ainsi, dans une deuxième phase, Microsoft tente de pousser l'expérimentation et de décrocher le projet : "envoyer les données au fond de l'océan" pour voir si les données peuvent être conservées en bon état après quelques années. Microsoft a placé un centre de données dans un conteneur en acier scellé, l'a rempli d'azote, puis a utilisé un sous-marin pour transporter le conteneur dans la mer.
L'expérience a été soutenue par le Centre européen de l'énergie marine (EMEC) : EMEC a non seulement fourni son expertise en matière de soutien aux énergies renouvelables, mais a également agi en tant que conseiller géographique autour des Orcades - EMEC a même fourni le câble sous-marin qui relie le centre de données à la côte.
Le sous-marin transportant le serveur dans les profondeurs marines s'appelle Leona Philpot, un personnage du jeu Halo. Il a navigué dans l'obscurité de la mer du Nord, près d'Ornik, en Écosse.
Pourquoi les Orcades ? D'une part, parce que les Orcades sont un centre majeur de recherche sur les énergies renouvelables, le Centre européen de l'énergie marine (EMEC) y expérimente l'énergie marémotrice et houlomotrice depuis 14 ans. D'un autre côté, les Orcades ont un climat froid, ce qui contribue à réduire les coûts de refroidissement des centres de données.
Microsoft a placé le centre de données à moins d'un kilomètre du fond marin et a déployé des capteurs environnementaux à l'intérieur de compartiments blancs à haute pression pour surveiller son état en temps réel. Le centre de données et l'océan sont « transparents » : leurs besoins en énergie sont captés via des câbles sous-marins et les données sont facilement transmises au monde entier au large des côtes. En 2018, le centre de données Microsoft North Sea a été achevé : un total de 864 serveurs, 27,6 Po de mémoire, afin de tester les performances, une plongée en profondeur pendant deux ans.
En fait, les chercheurs sont surtout préoccupés par les dommages causés aux centres de données : une fois que les ordinateurs du centre de données sous-marin tombent en panne, ils ne peuvent plus être réparés. Heureusement, cela a bien fonctionné. En août 2020, tous les ordinateurs étaient en récupération : seuls huit sur plus de 800 étaient tombés en panne, un taux de panne inférieur à celui des centres de données terrestres.
Comment obtenir de faibles pertes ? Les chercheurs du projet supposent que, d'une part, le froid a agi comme un tampon ; D’un autre côté, l’azote joue également un rôle protecteur. En bref, ce test à petite échelle valide encore davantage la possibilité et la valeur du stockage sous-marin. Les chercheurs du projet ont déclaré que le projet présente non seulement un faible taux de défaillance, mais que toute l'alimentation électrique du centre de données provient de l'énergie éolienne et solaire, exploitant ainsi pleinement les ressources naturelles.
De plus, conformément à la théorie, les coûts de gestion, les coûts de construction et les pertes face aux catastrophes naturelles et autres urgences du centre de données sous-marin sont tous inférieurs à ceux du centre de données terrestre.
Mais ce n’est qu’une victoire temporaire. Le volume de plus de 800 serveurs est loin de celui des centres de données terrestres : après tout, les centres de données terrestres comptent des dizaines de milliers de serveurs. Dans un sens, ce centre de données est plus expérimental que pratique et peut être considéré comme un petit projet pilote pour Microsoft. Le PDG de Microsoft, Satya Nadella, a déclaré que le centre de données sous-marin reproduirait le projet Natick dans le monde entier.
Défis et perspectives d'avenir des centres de données sous-marins
Si Microsoft veut promouvoir avec succès le centre de données sous-marin, il ne peut se passer de résoudre à ce stade le problème difficile :
Premièrement, l’expérience de Microsoft a suscité beaucoup de scepticisme environnemental. Ian Bitterlin, professeur d'études sur les données, estime que la chaleur générée par les centres de données peut affecter la température de l'eau des océans. L'équipe Microsoft doit résoudre comment prouver que le centre de données sous-marin ne provoquera pas une plus grande pollution de l'environnement marin et comment éviter d'éventuels risques de pollution.
Deuxièmement, les dégâts causés à 8 serveurs sur plus de 800 serveurs ne semblent pas être considérables, mais une fois le centre de données sous-marin promu, la perte risque de s'élever à des centaines de milliers d'unités, d'où la nécessité de construire le centre de données sous-marin correspondant. station de service de maintenance, ainsi que des solutions complètes de maintenance des équipements.
Troisièmement, comme le souligne Ian Bitlin, la côte n'est pas le meilleur endroit pour construire un centre de données : même si le trafic sur la côte est beaucoup plus élevé que dans la nature, il n'est toujours pas aussi étendu que le centre de données d'une grande ville. .
Bien entendu, le projet Natick ne constitue pas seulement un coup de pouce pour la construction de centres de données sous-marins. Même si les centres de données sous-marins ne sont pas évolutifs, ces expériences créatives offrent de précieuses leçons au secteur des centres de données.
Par exemple, lors de la construction d'un centre de données sous-marin dans les îles Ornik, l'équipe s'est inspirée de l'électricité fournie par l'énergie éolienne et solaire. Les chercheurs ont déclaré qu'à l'avenir, ils pourraient envisager de déployer des centres de données sous-marins avec des parcs éoliens offshore, en empruntant de l'énergie éolienne. l'énergie pour alimenter le centre de données, faisant d'une pierre deux coups, ou même reliant les lignes électriques terrestres aux câbles optiques nécessaires à la transmission des données.
En conséquence, Microsoft recherche des moyens de reproduire les avantages du modèle sous-marin dans les centres de données terrestres, tels qu'une faible usure des serveurs et une sécurité élevée.
Conclusion
Le projet Natick a le potentiel de révolutionner le déploiement des centres de données, en offrant flexibilité, construction rapide et mise à l’échelle efficace. Alors que Microsoft envisage de reproduire le succès du projet Natick à l'échelle mondiale, les défis incluent les préoccupations environnementales et la nécessité de stations de maintenance sous-marines en cas de déploiement à grande échelle. Les expériences de Microsoft repoussent non seulement les limites de la technologie, mais offrent également des informations précieuses à l'ensemble du secteur. L'approche innovante de Microsoft, qu'elle réussisse ou non, représente une avancée significative dans le secteur des centres de données.