详解：微软为什么在水下建造数据中心

北京时间1月20日消息，据国外媒体报道，如今，云计算已经成为耳熟能详的流行词。但我们还是要在这里再简单解释一下：云计算指的是在远程服务器上，在线完成计算和处理任务，而不是像以前那样在本地设备上完成这些任务。云计算可以说是非常地“脚踏实地”：处理云计算的是地面数据中心。不过，这个情况在不久的将来说不定会发生变化。科技巨头微软正在考虑在把数据中心放到水下的可能性。乍一看，这个主意好像十分荒谬。但是基于微软最近开展的内部研究，数据中心的最完美选址，就是在水底下。当你深入了解后，你会发现，这真的是一个非常天才的革命性想法。如果你曾使用过一部高端智能手机或最近刚给你的电脑进行了升级，你大概会了解到，有一种叫做液体冷却的东西。液体冷却可以有效地给奋力运作的处理器和其他电子设备降温。微软的想法就是，将这种液体冷却的概念发挥到极致——把装有数据中心的防水舱浸没在海水中。为什么呢？因为这可以更高效地执行云计算。计算机的水冷却系统纳提克项目（ProjectNatick）2014年，微软开始着手研究将数据中心置于水下的可行性。为此，微软启动了纳提克项目。在纳提克项目的第一阶段，微软工程师的任务是，了解如何将数据中心置于一个防水的容器中，以防止任何可能的渗漏。他们发现，在海水中似乎可以安全地部署这些服务器防水舱。在项目的第二阶段，微软将设计变为生产。微软成功地制造了一个可以安放在货船上的容器，接着这艘船会把装有服务器的容器部署到海水中。奥克尼附近的北海水域：微软水下数据中心的选址在这一阶段，项目的选址是苏格兰奥尼克附近的北海水域。微软在北海的水下数据中心包含864台服务器，共计27.6PB的内存。这个数据中心密封在钢制容器内，并且容器内充有干燥的氮气。整个容器于2018年被部署到水下，浸没在冰冷又波涛汹涌的北海中。但是，这个实验性任务并未使用实际的商业服务器，水下的容器内存储的是微软内部用于测试的数据。同样地，对于一个数据中心来说，864台服务器的容量从专业角度来看，显然也是不够的。例如，我们现在的数据中心，光一个站点，就拥有5万台以上的服务器。不过，微软相信，这个方法在未来是可扩展的。这个装有计算机服务器、位于北海的实验性水下容器已经于2020年7月取回，实验结果令人振奋。那么，水下服务器究竟有哪些优势？水下数据中心的优势：可靠性更高电子设备本就不适合在人类生活的环境中工作。空气中的氧气和水分等，都不利于电子设备。这些物质会导致零部件腐蚀，最终导致服务器故障。将数据中心置于水下的一个基本原则是创建一个相对稳定的环境，以便计算机服务器可以更好、更持久地工作。作为纳提克项目的一部分，微软的工程师将防水舱设计成无氧无水分的容器，内部充满氮气。之所以可以这么设计，是因为容器内不会有任何人类存在。既然没有人类存在，那么也就不会发生某个粗心大意的人不小心撞到什么东西，然后导致意外故障等事情。总而言之，这些预防措施无不提高了设备的可靠性。微软表示，水下数据中心的故障率低至12.5%。水：天然冷却剂传统的地面数据中心光是为了冷却服务器，就要消耗大量能量。老式的数据中心采用机械冷却的方式，使用重型的空调系统来冷却设备，耗电量极大。有些重型空调系统的耗电量差不多都快赶上服务器本身的耗电。新的数据中心稍微好一点，因为它们使用的是“免费空调”，即使用外部空气和水的蒸发来冷却服务器，而不会消耗太多能量。但是，这种冷却方式往往受制于周围空气的温度和供水情况。现在，水下数据中心则可以利用周围的流动水来带走服务器散发的热量。水具有较高的热容量，也就是说水可以存储大量的热能，而不会显著改变水本身的温度。以游泳池为例，即便是在炎炎夏日，游泳池里的水与边上的混凝土台阶相比，还是要凉爽许多。照这个思路，水下数据中心只需要一个设计完美的热交换器，就可以轻松地将热量传递到周围的海水中去。这无疑可以节省大量用来冷却电子设备的能源。炎炎夏日，游泳池里的水总是那么清凉。考虑到地球上有那么多海水可以用来吸收热量，扩展这些数据服务器存储设备也将非常容易。另一个好处是，海平面越往下，温度越低。如果将服务器防水舱置于海平面下150米的位置，即便在温暖的热带地区，它们也可以获得非常惊人的散热效果。更加经济传统的数据中心往往位于人口稀少的偏远地区。公司更喜欢选择这样的位置，是因为土地和后续的运营成本都更低一些。虽然这可以省下部分资金，但这样的模式也有很多缺点。传统数据中心的内部由于数据中心通常位于人迹罕至的偏远地区，在线通信所需的数据也需要经过更长的传输距离。这就会导致更高的延迟，进而降低计算速度。但是，全球约44%的人口居住在距离海岸线150公里以内的地方。所以，把数据中心放在沿海位置，在商业上也更有意义。当数据中心置于沿海地区时，它们就会更靠近人口密度相对较高的地区。这可以降低服务器与用户之间的平均距离，从而减少延迟。结论就是，水下数据中心或许可以让云计算体验更加迅捷。有趣的是，建造一堆服务器防水舱、再把防水舱放到水下，可能比从买地开始、再造数据中心设施，来得更加高效。在陆地上建造数据中心，你首先得有不动产（一般都很贵），其次公司需要评估其他条件的可行性，比如地形、技术工人的可用性、可靠的电力、遵守当地的法律法规等等。置于水下的服务器防水舱则可以在流水线上建造，然后直接用货船运到海上进行部署，从而省去了很多麻烦。微软称，它可以在90天内部署这些服务器防水舱。相比在陆地上建造一个数据中心，动辄需要一年或两年的时间，相当神速了。水下数据中心的挑战尽管水下数据中心具有以上种种优势，但这水并非“神水”，它没办法解决所有与数据中心相关的技术问题和物流问题。当你把数据中心扔到海里后，你会面临一些新的挑战。维护此时，硬件在水下发生故障时，你总不能每次都派一支潜水员小队去解决问题。因此，这个重任落在了工程师肩上。他们需要设计一个耐用且可以远程修复的水下服务器工作场。幸运的是，正如我们上文讨论的那样，北海的水下数据中心可靠性有显著的提高。而微软计划设计一个数据中心，使其五年内无需主动维护。海洋生物有些人可能会觉得向海洋中不断投入更多人造物（比如服务器防水舱）似乎不妥。毕竟，堆满服务器防水舱的海岸线，怎么看都对海洋生物的健康很不利。但是，根据海洋生态学家安德鲁·旺特的说法，这些水下的数据中心不会对海洋生物构成太大风险。他解释说，每当一个大型结构（比如服务器防水舱）浸入水下时，它们都会经历一个叫做“生物污损”的过程，即微小物质淤积在物体的表面。这样的表面相当于人造礁石。鱼群会聚集在这种“礁石”附近。因此，这些结构非但不会威胁到海洋生物，反而有利于促进生物的多样性。混凝土结构表面的海洋生物污损热量还有些人会担心服务器防水舱释放出来的热量。但是我们不妨将海洋的规模跟防水舱或者一大片防水舱的大小进行比较。相比之下，海洋是如此广阔，这一点热量的释放几乎不会引起任何变化。水下数据中心引起的水温变化其实可以忽略不计。我们已经在海底埋了许多数据线，这些海底光缆也会向海水传递热量，但是并未引起水温的变化。虽然水下数据中心不会很快实现，但科技公司多半已经在盘算这件事。如果水下数据中心可以流行起来，我们或许有朝一日可以见证“云”数据从陆地向深海的迁移。