การกำเนิดและการพัฒนาศูนย์ข้อมูลใต้น้ำ

มีเพียงไม่กี่คนที่ทราบว่าแนวคิดของศูนย์ข้อมูลใต้น้ำเกิดขึ้นในช่วง ThinkWeek ประจำปี 2014 ของ Microsoft ซึ่งเป็นเซสชันการระดมความคิดภายใน เสนอโดยพนักงานที่มีประสบการณ์ปฏิบัติการเรือดำน้ำของกองทัพเรือ Microsoft ได้ทำการทดลองเบื้องต้น โดยจุ่มศูนย์ข้อมูลใต้น้ำเป็นเวลาห้าเดือนด้วยผลลัพธ์ที่น่าหวัง

ล่าสุดในปี 2018 Microsoft ได้ส่งเรือดำน้ำที่เต็มไปด้วยเซิร์ฟเวอร์ 864 และสามารถจัดเก็บข้อมูลได้ 27.6 เพตาไบต์ที่ด้านล่างของหมู่เกาะ Orkney ทางตะวันออกเฉียงเหนือของสกอตแลนด์ สองปีต่อมาในเดือนมิถุนายน 2020 Microsoft ได้นำ Microsoft ขึ้นฝั่งเพื่อรับการประเมิน ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าศูนย์ข้อมูลใต้น้ำทำงานได้ดีกว่าศูนย์ข้อมูลแบบเดิมในทุกด้าน และอัตราความล้มเหลวในน้ำอยู่ที่หนึ่งในแปดของอัตราความล้มเหลวบนบก

เหตุใด Microsoft จึงวางศูนย์ข้อมูลไว้ใต้ทะเล หลังจากโครงการนำร่องแล้ว จะสามารถส่งเสริมการสร้างศูนย์ข้อมูลใต้น้ำในวงกว้างได้หรือไม่

คำตอบนั้นง่ายมาก: ใช้ทรัพยากรที่มีอยู่ให้เกิดประโยชน์สูงสุด ในขณะเดียวกันก็แก้ไขข้อบกพร่องหลายประการของศูนย์ข้อมูลภาคพื้นดิน

ประการแรก ศูนย์ข้อมูลใต้ทะเลมีความปลอดภัยและมีเสถียรภาพมากกว่า: ศูนย์ข้อมูลมีความละเอียดอ่อนและเต็มไปด้วยส่วนประกอบที่ซับซ้อนสูงซึ่งอาจได้รับความเสียหายจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ การกัดกร่อนของออกซิเจน และแม้แต่การชนกันเมื่อเปลี่ยนชิ้นส่วนที่เสียหาย แต่ในสภาพแวดล้อมสุญญากาศที่สามารถควบคุมอุณหภูมิได้ สามารถดึงออกซิเจนและไอน้ำออกมาได้ และสามารถแยกการรบกวนของมนุษย์ได้ ความปลอดภัยและเสถียรภาพของศูนย์ข้อมูลจะได้รับการปรับปรุงอย่างมาก

ใต้ทะเลเป็นแหล่งข้อมูลในอุดมคติอย่างไม่ต้องสงสัย ไม่เพียงแต่แยกออกจากออกซิเจน ไอน้ำ และยุติการแทรกแซงของมนุษย์เท่านั้น

ประการที่สองและสำคัญที่สุด เซิร์ฟเวอร์ระบายความร้อนด้วยน้ำทะเลมีข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใคร และการระบายความร้อนเป็นค่าใช้จ่ายหลักสำหรับศูนย์ข้อมูลภาคพื้นดิน ตามข้อมูลสาธารณะ 41% ของค่าไฟฟ้าต่อปีของศูนย์ข้อมูลใช้เพื่อทำความเย็น และปริมาณการใช้ไฟฟ้าต่อปีของศูนย์ข้อมูลทั่วโลกคิดเป็นประมาณ 2% ของไฟฟ้าทั้งหมดของโลก ในจำนวนนี้ต้นทุนการใช้พลังงานคิดเป็น 30% ถึง 50% ของอุตสาหกรรมไอทีทั้งหมด

ทำไมความเย็นถึงแพง? ที่จริงแล้ว ในศูนย์ข้อมูลภาคพื้นดินนั้นมักจะมีวิธีทำความเย็นข้อมูลอยู่สองวิธี วิธีหนึ่งคือการใช้การระบายความร้อนเชิงกล นั่นคือ การทำให้เซิร์ฟเวอร์เย็นลงด้วยระบบปรับอากาศที่หนักหน่วง แต่วิธีการทำความเย็นนี้จำเป็นต้องใช้ไฟฟ้าจำนวนมากทุกครั้ง วันและมีค่าใช้จ่ายสูง

อีกประการหนึ่งคือการทำให้เซิร์ฟเวอร์เย็นลงโดยการระเหยของอากาศและน้ำ วิธีการที่มีพรสวรรค์ตามธรรมชาตินี้มีต้นทุนที่ต่ำกว่าวิธีเดิมมาก แต่ก็มีข้อบกพร่องเช่นกัน: ระดับความสมบูรณ์และคุณภาพการทำความเย็นจะถูกกำหนดโดยอุณหภูมิอากาศภายนอกและสภาพของน้ำ และความคล่องตัวของมนุษย์ต่ำเกินไป

น้ำทะเลที่มีความจุความร้อนสูงกว่าสามารถกักเก็บความร้อนส่วนเกินที่เกิดจากศูนย์ข้อมูลได้ มีเพียงตัวแลกเปลี่ยนความร้อนเท่านั้นที่จำเป็นในการถ่ายโอนความร้อนของศูนย์ข้อมูลไปยังน้ำทะเลโดยรอบ กล่าวคือ เป็นการผสมผสานระหว่างวิธีการทำความเย็นแบบดั้งเดิมสองวิธี: เสถียร และการใช้ทรัพยากรธรรมชาติอย่างเสรี

ประการที่สาม ความหนาแน่นของประชากรบริเวณชายฝั่งทะเลสูง การส่งข้อมูลทำได้รวดเร็ว และประสิทธิภาพการประมวลผลแบบคลาวด์สูงขึ้น เพื่อประหยัดที่ดินและต้นทุนการดำเนินงาน ศูนย์ข้อมูลแบบดั้งเดิมมักจะเลือกพื้นที่ห่างไกลที่มีประชากรกระจัดกระจาย ซึ่งนำไปสู่การถ่ายโอนข้อมูลที่ช้าเกินไปโดยตรงและเช่นกัน ล่าช้ามาก ศูนย์ข้อมูลใต้ทะเลมีความแตกต่างกัน:

ประมาณร้อยละ 50 ของประชากรโลกอาศัยอยู่ภายในรัศมี 150 กิโลเมตรจากแนวชายฝั่ง การสร้างศูนย์ข้อมูลใต้ทะเลช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายและอยู่ใกล้กับพื้นที่อยู่อาศัย ยิงปืนนัดเดียวได้นกสองตัว

นอกจากนี้ยังมีข้อดีอื่นๆ อีกมากมาย:

ตัวอย่างเช่น เราสามารถใช้พลังงานน้ำขึ้นน้ำลงของมหาสมุทรเพื่อให้ได้ไฟฟ้าที่มีคาร์บอนเป็นกลางในมหาสมุทร แบนด์วิธใต้ทะเลสามารถเชื่อมต่อผ่านท่อเพื่อเร่งการรับส่งข้อมูล กฎเกณฑ์แบบเดิมๆ สามารถหลีกเลี่ยงได้เมื่อสร้างศูนย์ข้อมูลใต้ทะเล: เซิร์ฟเวอร์สามารถสร้างในไซโลกันน้ำบนสายการประกอบ และส่งออกสู่ทะเลโดยเรือบรรทุกสินค้าเพื่อใช้งาน ดังที่ Microsoft กล่าวไว้ พ็อดเซิร์ฟเวอร์เหล่านี้สามารถใช้งานได้ภายใน 90 วัน ในขณะที่ศูนย์ข้อมูลแบบ Raditional ใช้เวลาสร้างหนึ่งถึงสองปี

ตามทฤษฎีแล้ว ศูนย์ข้อมูลใต้น้ำมีข้อดีหลายประการ แล้วมันยากแค่ไหนที่จะบรรลุผล? -- Microsoft มีคำตอบแรก

ในความเป็นจริง ในช่วงต้นปี 2015 Microsoft เริ่มศึกษาความเป็นไปได้ในการสร้างศูนย์ข้อมูลใต้น้ำ จากนั้นจึงเปิดตัว Project Natick

ในระยะแรกของโครงการ Natick ในปี 2015 ทีมวิจัยของ Microsoft ได้ทำการทดลอง 105- วันเพื่อเพิ่มการป้องกันการรั่วไหลให้สูงสุด เพื่อให้แน่ใจว่าศูนย์ข้อมูลถูกวางไว้ในภาชนะกันน้ำ การทดลองประสบความสำเร็จ: Microsoft พบว่าสามารถรับประกันการกันน้ำของโมดูลบริการในน้ำทะเลได้

ดังนั้นในระยะที่สอง Microsoft จึงพยายามผลักดันการทดลองไปข้างหน้าและเข้าสู่โครงการ: "ส่งข้อมูลไปที่พื้นมหาสมุทร" เพื่อดูว่าข้อมูลสามารถรักษาให้อยู่ในสภาพดีได้หรือไม่หลังจากผ่านไปไม่กี่ปี Microsoft วางศูนย์ข้อมูลไว้ในภาชนะเหล็กปิดผนึก เติมไนโตรเจน จากนั้นจึงใช้เรือดำน้ำเพื่อขนส่งภาชนะลงทะเล

การทดลองได้รับการสนับสนุนจาก European Marine Energy Center (EMEC) : EMEC ไม่เพียงแต่ให้ความเชี่ยวชาญในการสนับสนุนพลังงานหมุนเวียนเท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่เป็นที่ปรึกษาทางภูมิศาสตร์รอบๆ ออร์คนีย์ด้วย EMEC ยังจัดหาสายเคเบิลใต้ทะเลที่เชื่อมต่อศูนย์ข้อมูลกับชายฝั่งอีกด้วย

เรือดำน้ำที่บรรทุกเซิร์ฟเวอร์ลงสู่ทะเลลึกมีชื่อว่า Leona Philpot ซึ่งเป็นตัวละครจากเกม Halo เรือแล่นเข้าสู่ความมืดมิดของทะเลเหนือใกล้กับเมืองออร์นิก ประเทศสกอตแลนด์

ทำไมต้องออร์คนีย์? ประการหนึ่ง เนื่องจากออร์คนีย์เป็นศูนย์กลางหลักสำหรับการวิจัยพลังงานหมุนเวียน ศูนย์พลังงานทางทะเลแห่งยุโรป (EMEC) จึงทำการทดลองเกี่ยวกับพลังงานน้ำขึ้นน้ำลงและคลื่นที่นี่เป็นเวลา 14 ปี ในทางกลับกัน ออร์กนีย์มีสภาพอากาศหนาวเย็น ซึ่งช่วยลดค่าใช้จ่ายในการทำความเย็นสำหรับศูนย์ข้อมูล

Microsoft ได้วางศูนย์ข้อมูลไว้ห่างจากก้นทะเลไม่ถึงหนึ่งกิโลเมตร และติดตั้งเซ็นเซอร์สิ่งแวดล้อมภายในช่องแรงดันสูงสีขาวเพื่อตรวจสอบสถานะแบบเรียลไทม์ ศูนย์ข้อมูลและมหาสมุทรมีความ "ไร้รอยต่อ" โดยความต้องการพลังงานของพวกมันจะถูกบันทึกผ่านสายเคเบิลใต้ทะเล และข้อมูลจะถูกส่งไปยังโลกกว้างนอกชายฝั่งทันที ในปี 2018 ศูนย์ข้อมูล Microsoft North Sea สร้างเสร็จเรียบร้อยแล้ว โดยมีเซิร์ฟเวอร์ทั้งหมด 864 เซิร์ฟเวอร์ หน่วยความจำ 27.6PB เพื่อทดสอบประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นการเจาะลึกเป็นเวลาสองปี

ในความเป็นจริง นักวิจัยกังวลมากที่สุดเกี่ยวกับความเสียหายของศูนย์ข้อมูล: เมื่อคอมพิวเตอร์ในศูนย์ข้อมูลใต้น้ำทำงานล้มเหลว ก็ไม่สามารถซ่อมแซมได้ โชคดีที่มันได้ผลดี ภายในเดือนสิงหาคม 2020 คอมพิวเตอร์ทั้งหมดได้รับการกอบกู้มาโดยมีเพียง 8 เครื่องจากทั้งหมดกว่า 800 เครื่องที่ล้มเหลว ซึ่งเป็นอัตราความล้มเหลวที่ต่ำกว่าในศูนย์ข้อมูลภาคพื้นดิน

ทำอย่างไรถึงจะขาดทุนต่ำ? นักวิจัยของโครงการคาดการณ์ว่า ในด้านหนึ่ง สภาพอากาศหนาวเย็นทำหน้าที่เป็นกันชน ในทางกลับกัน ไนโตรเจนก็มีบทบาทในการป้องกันเช่นกัน กล่าวโดยสรุป การทดสอบขนาดเล็กนี้จะตรวจสอบความเป็นไปได้และคุณค่าของการจัดเก็บใต้ทะเลเพิ่มเติม นักวิจัยโครงการกล่าวว่าโครงการนี้ไม่เพียงแต่มีอัตราความล้มเหลวต่ำเท่านั้น แต่แหล่งจ่ายไฟทั้งหมดของศูนย์ข้อมูลมาจากพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ ทำให้ใช้ทรัพยากรธรรมชาติได้อย่างเต็มที่

นอกจากนี้ ตามทฤษฎีแล้ว ต้นทุนการจัดการ ต้นทุนการก่อสร้าง และความสูญเสียเมื่อเผชิญกับภัยพิบัติทางธรรมชาติและเหตุฉุกเฉินอื่นๆ ของศูนย์ข้อมูลใต้น้ำล้วนต่ำกว่าของศูนย์ข้อมูลภาคพื้นดิน

อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงชัยชนะชั่วคราวเท่านั้น ปริมาณเซิร์ฟเวอร์มากกว่า 800 เครื่องนั้นยังห่างไกลจากศูนย์ข้อมูลภาคพื้นดิน อย่างไรก็ตาม ศูนย์ข้อมูลภาคพื้นดินก็มีเซิร์ฟเวอร์นับหมื่นเครื่อง ในแง่หนึ่ง ศูนย์ข้อมูลนี้เป็นการทดลองมากกว่าเชิงปฏิบัติ และอาจกล่าวได้ว่าเป็นโครงการนำร่องขนาดเล็กสำหรับ Microsoft Satya Nadella ซีอีโอของ Microsoft กล่าวว่าศูนย์ข้อมูลใต้น้ำจะจำลอง Project Natick ทั่วโลก

หาก Microsoft ต้องการส่งเสริมศูนย์ข้อมูลใต้ทะเลให้ประสบความสำเร็จ ก็ไม่สามารถทำได้โดยไม่ทำลายปัญหาที่ยากลำบากในขั้นตอนนี้:

ประการแรก การทดลองของ Microsoft พบกับความกังขาด้านสิ่งแวดล้อมมากมาย Ian Bitterlin ศาสตราจารย์ด้านการศึกษาข้อมูล เชื่อว่าความร้อนที่เกิดจากศูนย์ข้อมูลอาจส่งผลต่ออุณหภูมิของน้ำทะเลได้ จะพิสูจน์ได้อย่างไรว่าศูนย์ข้อมูลใต้ทะเลจะไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมทางทะเลมากขึ้น และวิธีหลีกเลี่ยงความเสี่ยงด้านมลภาวะที่อาจเกิดขึ้น จำเป็นต้องได้รับการแก้ไขโดยทีมงาน Microsoft

ประการที่สอง ความเสียหายของเซิร์ฟเวอร์ 8 แห่งในเซิร์ฟเวอร์มากกว่า 800 แห่งดูเหมือนจะไม่มากนัก แต่เมื่อศูนย์ข้อมูลใต้น้ำได้รับการส่งเสริม การสูญเสียก็น่าจะนับแสนหน่วย จากนั้นจึงจำเป็นต้องสร้างศูนย์ข้อมูลใต้น้ำที่สอดคล้องกัน สถานีบริการบำรุงรักษาตลอดจนโซลูชั่นการบำรุงรักษาอุปกรณ์ครบวงจร

ประการที่สาม ดังที่ Ian Bitlin ชี้ให้เห็น ชายฝั่งทะเลไม่ใช่สถานที่ที่ดีที่สุดในการสร้างศูนย์ข้อมูล แม้ว่าการจราจรบนชายฝั่งจะสูงกว่าในถิ่นทุรกันดารมาก แต่ก็ยังไม่กว้างขวางเท่ากับศูนย์ข้อมูลในเมืองใหญ่ .

แน่นอนว่าโครงการ Natick ไม่ได้เป็นเพียงการส่งเสริมการก่อสร้างศูนย์ข้อมูลใต้ทะเลเท่านั้น แม้ว่าศูนย์ข้อมูลใต้ทะเลจะไม่ขยายขนาด แต่การทดลองเชิงสร้างสรรค์เหล่านี้ก็มอบบทเรียนอันมีค่าสำหรับอุตสาหกรรมศูนย์ข้อมูล

ตัวอย่างเช่น เมื่อสร้างศูนย์ข้อมูลใต้น้ำในหมู่เกาะ Ornik ทีมงานได้รับแรงบันดาลใจจากไฟฟ้าที่มาจากพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ นักวิจัยกล่าวว่าในอนาคต พวกเขาสามารถพิจารณาปรับใช้ศูนย์ข้อมูลใต้น้ำกับฟาร์มกังหันลมนอกชายฝั่ง การยืมลม พลังงานสำหรับจ่ายพลังงานให้กับศูนย์ข้อมูล ยิงปืนนัดเดียวได้นกสองตัว หรือแม้แต่การผูกสายไฟบนบกเข้ากับสายเคเบิลออปติกที่จำเป็นในการส่งข้อมูล

ด้วยเหตุนี้ Microsoft จึงมองหาวิธีที่จะจำลองประโยชน์ของโมเดลใต้ทะเลไปยังศูนย์ข้อมูลภาคพื้นดิน เช่น การสึกหรอของเซิร์ฟเวอร์ต่ำและความปลอดภัยสูง

Project Natick มีศักยภาพในการปฏิวัติการใช้งานศูนย์ข้อมูล โดยให้ความยืดหยุ่น การสร้างที่รวดเร็ว และการปรับขนาดที่มีประสิทธิภาพ แม้ว่า Microsoft จินตนาการถึงความสำเร็จของ Project Natick ทั่วโลก แต่ความท้าทายยังรวมถึงข้อกังวลด้านสิ่งแวดล้อมและความต้องการสถานีบำรุงรักษาใต้น้ำในกรณีที่มีการใช้งานอย่างกว้างขวาง การทดลองของ Microsoft ไม่เพียงแต่ผลักดันขอบเขตของเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังนำเสนอข้อมูลเชิงลึกที่มีคุณค่าสำหรับอุตสาหกรรมทั้งหมดอีกด้วย แนวทางที่เป็นนวัตกรรมของ Microsoft ไม่ว่าจะประสบความสำเร็จหรือไม่ก็ตาม ถือเป็นก้าวสำคัญในอุตสาหกรรมศูนย์ข้อมูล