Introdução
Poucos sabem que o conceito de data centers subaquáticos se originou durante o ThinkWeek de 2014 da Microsoft, uma sessão interna de brainstorming. Foi proposto por um funcionário com experiência na operação de submarinos da Marinha. A Microsoft conduziu experimentos iniciais, submergindo um data center durante cinco meses com resultados promissores.
Mais recentemente, em 2018, a Microsoft enviou um submarino repleto de 864 servidores e capaz de armazenar 27,6 petabytes de dados para o fundo das Ilhas Orkney, a nordeste da Escócia. Dois anos depois, em junho de 2020, a Microsoft o trouxe para avaliação. Os resultados mostram que o data center submarino tem melhor desempenho do que os data centers tradicionais em todos os aspectos, e a taxa de falhas na água é um oitavo daquela em terra.
Por que a Microsoft está colocando seu data center no fundo do mar? Após o piloto, a construção de data centers submarinos poderá ser promovida em larga escala?
Por que a Microsoft escolhe data centers subaquáticos
A resposta é simples: maximizar os recursos disponíveis. Ao mesmo tempo, resolve muitas deficiências dos data centers terrestres.
Primeiro, os data centers submarinos são mais seguros e estáveis: os data centers são delicados e repletos de componentes altamente sofisticados que podem ser danificados por mudanças de temperatura, corrosão por oxigênio e até colisões durante a substituição de peças danificadas. Mas em um ambiente de vácuo onde a temperatura pode ser controlada, o oxigênio e o vapor de água podem ser extraídos e a interferência humana pode ser isolada, a segurança e a estabilidade do data center serão bastante melhoradas.
No fundo do mar é, sem dúvida, uma fonte de dados ideal - não apenas isolado do oxigênio da terra, vapor de água, e pôr fim à interferência humana.
Em segundo lugar, e mais importante, os servidores refrigerados por água do mar têm uma vantagem única, e o resfriamento é uma despesa importante para data centers terrestres. De acordo com dados públicos, 41% do custo anual de electricidade de um data center é utilizado para refrigeração, e o consumo anual de electricidade dos data centers em todo o mundo representa cerca de 2% da electricidade total mundial. Entre eles, o custo do consumo de energia representa 30% a 50% de toda a indústria de TI.
Por que o resfriamento é tão caro? Na verdade, em data centers terrestres, geralmente existem duas maneiras de resfriar os dados, uma é usar resfriamento mecânico, ou seja, resfriar o servidor com um sistema de ar condicionado pesado, mas esse método de resfriamento precisa consumir muita eletricidade a cada dia, e o custo tem sido alto.
A outra é resfriar o servidor pela evaporação do ar e da água. Este método naturalmente talentoso tem um custo muito mais baixo do que o anterior, mas também tem suas próprias deficiências: o grau de conclusão e a qualidade do resfriamento são determinados pela temperatura externa do ar e pelas condições da água, e a manobrabilidade humana é muito baixa.
A água do mar com maior capacidade térmica pode armazenar o excesso de calor gerado pelo data center: apenas um trocador de calor é necessário para transferir o calor do data center para a água do mar circundante, por assim dizer, é uma combinação de dois métodos tradicionais de resfriamento: estável e utilização gratuita dos recursos naturais.
Terceiro, a densidade populacional costeira é alta, a transmissão de dados é rápida e a eficiência da computação em nuvem é maior: para economizar terreno e custos operacionais, os data centers tradicionais geralmente escolhem áreas remotas escassamente povoadas, o que leva diretamente a uma transmissão de dados muito lenta e muito muito atraso. Os data centers submarinos são diferentes:
Cerca de 50 por cento da população mundial vive num raio de 150 quilómetros da costa. Construir o data center no fundo do mar economiza custos e fica próximo a áreas residenciais, matando dois coelhos com uma cajadada só.
Além disso, existem muitas outras vantagens:
Por exemplo, podemos utilizar a energia das marés do oceano para obter eletricidade neutra em carbono no oceano; A largura de banda submarina pode ser conectada através de pipelines para acelerar a transmissão de dados; A burocracia tradicional pode ser contornada na construção de um data center submarino: os servidores podem ser construídos em silos estanques nas linhas de montagem e enviados ao mar em navios de carga para implantação. Como diz a Microsoft, esses pods de servidor podem ser implantados em 90 dias; enquanto os data centers tradicionais levam de um a dois anos para serem construídos.
Teoricamente, os data centers submarinos têm muitas vantagens, então quão difícil é alcançá-los? -- A Microsoft tem a primeira resposta.
Projeto Natick e construção real da Microsoft
Na verdade, já em 2015, a Microsoft começou a estudar a viabilidade de construir centros de dados debaixo de água e depois lançou o Project Natick.
Na primeira fase do projeto Natick, em 2015, a equipe de pesquisa da Microsoft conduziu um experimento de 105-dia para maximizar a proteção contra vazamentos, garantindo que o data center fosse colocado em um contêiner à prova d'água. A experiência foi um sucesso: a Microsoft descobriu que a resistência à água do módulo de serviço poderia ser garantida na água do mar.
Assim, na segunda fase, a Microsoft está tentando levar o experimento adiante e pousar o projeto: “enviar os dados para o fundo do oceano” para ver se os dados podem ser preservados em boas condições depois de alguns anos. A Microsoft colocou um data center em um contêiner de aço lacrado, encheu-o com nitrogênio e depois usou um submarino para transportar o contêiner até o mar.
A experiência foi apoiada pelo Centro Europeu de Energia Marinha (EMEC): O EMEC não só forneceu conhecimentos especializados em apoio às energias renováveis, mas também atuou como consultor geográfico em torno de Orkney - o EMEC até forneceu o cabo submarino que liga o centro de dados à costa.
O submarino que transporta o servidor para o fundo do mar se chama Leona Philpot, personagem do jogo Halo. Ele navegou na escuridão do Mar do Norte, perto de Ornik, na Escócia.
Por que Órcades? Por um lado, porque Orkney é um importante centro de investigação em energias renováveis, o Centro Europeu de Energia Marinha (EMEC) tem aqui experimentado a energia das marés e das ondas durante 14 anos. Por outro lado, Orkney tem um clima frio, o que ajuda a reduzir os custos de refrigeração dos data centers.
A Microsoft colocou o data center a menos de um quilômetro do fundo do mar e implantou sensores ambientais dentro de compartimentos brancos de alta pressão para monitorar seu status em tempo real. O data center e o oceano são “perfeitos”: suas necessidades de energia são capturadas por meio de cabos submarinos e os dados são prontamente transmitidos para o resto do mundo ao largo da costa. Em 2018, o data center da Microsoft no Mar do Norte foi concluído: um total de 864 servidores, 27,6 PB de memória, para testar o desempenho, um mergulho profundo por dois anos.
Na verdade, os investigadores estão mais preocupados com os danos no centro de dados: uma vez que os computadores no centro de dados subaquático falham, não podem ser reparados. Felizmente, funcionou bem. Em agosto de 2020, todos os computadores foram recuperados – apenas oito dos mais de 800 falharam, uma taxa de falhas mais baixa do que nos centros de dados terrestres.
Como conseguir baixa perda? Os pesquisadores do projeto especulam que, por um lado, o frio funcionou como um amortecedor; Por outro lado, o nitrogênio também desempenha um papel protetor. Em suma, este teste em pequena escala valida ainda mais a possibilidade e o valor do armazenamento submarino. Os pesquisadores do projeto afirmaram que o projeto não só tem um baixo índice de falhas, mas todo o fornecimento de energia do data center vem da energia eólica e solar, aproveitando ao máximo os recursos naturais.
Além disso, correspondendo à teoria, o custo de gestão, o custo de construção e as perdas face a desastres naturais e outras emergências do centro de dados submarino são todos inferiores aos do centro de dados terrestre.
No entanto, esta é apenas uma vitória temporária. O volume de mais de 800 servidores está longe do volume dos data centers terrestres - afinal, os data centers terrestres possuem dezenas de milhares de servidores. De certa forma, este data center é mais experimental do que prático e pode ser considerado um pequeno projeto piloto para a Microsoft. O CEO da Microsoft, Satya Nadella, disse que o data center subaquático replicará o Projeto Natick em todo o mundo.
Desafios e perspectivas futuras dos data centers subaquáticos
Se a Microsoft quiser promover com sucesso o data center submarino, não poderá fazer isso sem resolver o difícil problema neste estágio:
Primeiro, o experimento da Microsoft foi recebido com muito ceticismo ambiental. Ian Bitterlin, professor de estudos de dados, acredita que o calor gerado pelos data centers pode afetar a temperatura da água oceânica. Como provar que o data center submarino não causará maior poluição ao ambiente marinho e como evitar possíveis riscos de poluição precisa ser resolvido pela equipe da Microsoft.
Em segundo lugar, o dano de 8 servidores em mais de 800 servidores não parece ser um grande número, mas uma vez promovido o data center submarino, a perda provavelmente será de centenas de milhares de unidades, então a necessidade de construir o subaquático correspondente estação de serviço de manutenção, bem como soluções completas de manutenção de equipamentos.
Terceiro, como aponta Ian Bitlin, a costa não é o melhor lugar para construir um data center - embora o tráfego na costa seja muito maior do que no deserto, ainda não é tão extenso quanto o data center na grande cidade .
É claro que o projeto Natick não é apenas um impulso para a construção de data centers submarinos. Mesmo que os data centers submarinos não sejam escalonáveis, esses experimentos criativos oferecem lições valiosas para a indústria de data centers.
Por exemplo, ao construir um data center subaquático nas Ilhas Ornik, a equipe se inspirou na eletricidade fornecida pela energia eólica e solar - os pesquisadores disseram que, no futuro, poderiam considerar a implantação de data centers subaquáticos com parques eólicos offshore, emprestando energia eólica energia para alimentar o data center, matando dois coelhos com uma cajadada só, ou até mesmo amarrando linhas de energia em terra aos cabos ópticos necessários para transmitir dados.
Como resultado, a Microsoft está procurando maneiras de replicar os benefícios do modelo submarino em data centers terrestres – como baixo desgaste de servidores e alta segurança.
Conclusão
O Projeto Natick tem o potencial de revolucionar a implantação de data centers, proporcionando flexibilidade, construção rápida e dimensionamento eficiente. Embora a Microsoft pretenda replicar o sucesso do Project Natick globalmente, os desafios incluem preocupações ambientais e a necessidade de estações de manutenção subaquáticas no caso de implantação generalizada. As experiências da Microsoft não só ultrapassam os limites da tecnologia, mas também oferecem informações valiosas para toda a indústria. A abordagem inovadora da Microsoft, bem-sucedida ou não, significa um avanço significativo na indústria de data centers.