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Microsoft teste un datacenter sous-marin rapide à déployer, qui pourrait fournir une connectivité Internet pendant des années

– Adapté du texte en anglais de John Roach

Microsoft s’est lancé un défi pour le moins ambitieux : développer des datacenters sous-marins autosuffisants, capables de fournir des services de Cloud rapides aux villes côtières. Pour la deuxième phase de ce projet audacieux et révolutionnaire, Microsoft s’appuie sur des technologies utilisées dans les sous-marins et travaille en collaboration avec les pionniers de l’énergie marine. Microsoft a annoncé avoir réussi un prototype expérimental, de la taille d’un conteneur, capable de traiter des flux de travail sur les fonds marins, près des îles écossaises des Orcades.

Le déploiement du datacenter des îles nordiques, dans le Centre européen de l’énergie marine, marque une étape importante du projet Natick de Microsoft. Un an de recherches a été nécessaire pour trouver comment fabriquer et exploiter des unités de datacenter prêtes à l’emploi et écologiquement durables, évolutives, rapides à déployer et exploitables sans intervention humaine pendant des années sur les fonds marins.

« C’est une série d’exigences complètement dingues », explique Peter Lee, Corporate Vice President de Microsoft AI and Research, qui dirige le groupe NExT. « Natick est un projet ambitieux. »

Le groupe de Peter Lee poursuit ce que Satya Nadella, CEO de Microsoft, appelle des « relevant moonshots » [NdT: des « paris à la fois fous et réfléchis »], des projets révolutionnaires et ambitieux, portant en eux le potentiel de transformer les principales activités de Microsoft et de toute l’industrie informatique. Le projet Natick est une idée originale qui permet de répondre à la croissance exponentielle de la demande d’infrastructures de Cloud Computing près des centres de population.

Actuellement, plus de la moitié de la population mondiale vit à seulement 200 km des côtes. Avec des datacenters immergés près des villes côtières, les données n’ont qu’une courte distance à parcourir pour atteindre ces populations, ce qui permet de fournir des services de jeu, de diffusion vidéo et de navigation Web rapides et fluides, ainsi que des expériences très riches pour les technologies d’intelligence artificielle.

« Pour fournir efficacement de l’IA, nous sommes aujourd’hui complètement dépendants du Cloud », déclare Peter Lee. « Si nous pouvons établir une liaison Internet directe vers la personne, sans passer par de multiples tronçons, c’est un atout considérable non seulement pour nos produits, mais également pour les produits de nos clients. »

De la France à l’Écosse

Sur une longueur de 12 mètres environ, le datacenter des îles nordiques du projet Natick intègre 12 racks contenant un total de 864 serveurs ainsi que l’infrastructure de refroidissement associée. Le datacenter a été assemblé et testé en France puis expédié par convoi exceptionnel en Écosse, où il a été fixé à une base triangulaire lestée, pour être ensuite déployé sur le fond marin.

Le jour du déploiement, les vents étaient faibles, la mer calme, et le brouillard épais. « Pour nous, c’était le temps idéal », a déclaré Ben Cutler, chef de projet du groupe des projets spéciaux dans l’organisme de recherche de Microsoft qui dirige l’équipe Natick.

Le datacenter a été remorqué en mer partiellement submergé et placé à l’aide de treuils et de grues entre les pontons d’une barge à grue industrielle de type catamaran. Sur le site de déploiement, un véhicule commandé à distance a récupéré le câble de fibre optique et le câblage électrique sur le fond marin et les a amenés en surface où ils ont été vérifiés et branchés sur le datacenter, avant la mise sous tension de celui-ci.

Des applaudissements ont marqué la fin de cette opération très délicate, raconte Ben Cutler. Et, clin d’œil d’Eole, les dernières brumes se sont levées.

La tâche la plus complexe de la journée a été d’amener, mètre par mètre, le datacenter et le câble de 35,5 mètres sur le fond marin rocailleux. L’équipage a utilisé 10 treuils, une grue, une barge à grue et un véhicule commandé à distance pour accompagner le datacenter.

« Le moment le plus fort de la journée a été celui où le datacenter a enfin glissé sous la surface de l’eau pour débuter son lent parcours, soigneusement préparé », déclare Ben Cutler. Une fois le datacenter sur le fond marin, les chaînes de fixation ont été détachées, les câbles du treuil ramenés à la surface et la station côtière a repris le contrôle des opérations.

Les retours d’expérience de ce déploiement, de l’exploitation prévue l’année prochaine ainsi que, le cas échéant, des opérations de reprise – permettront aux chercheurs de mesurer leurs attentes face à la réalité de l’exploitation de datacenters sous-marins dans le monde réel.

Microsoft’s Project Natick team photographed at the launch site in the city of Stromness on Orkney Island, Scotland on Sunday May 27, 2018. (Photography by Scott Eklund/Red Box Pictures)

Alimentation par énergie renouvelable

Les îles nordiques ne sont qu’un chapitre de l’histoire du projet Natick, qui révélera s’il est possible ou non d’utiliser la chaîne logistique existante pour expédier et déployer rapidement des datacenters modulaires partout dans le monde, même dans les zones marines les plus difficiles.

« Nous savons que si ce projet s’avère viable, nous pourrons nous installer partout où nous le voulons », explique Ben Cutler.

Le Centre européen de l’énergie marine est un site d’essai pour des turbines marémotrices expérimentales et des convertisseurs d’énergie des vagues qui génèrent de l’électricité à partir des mouvements de la mer. Lorsqu’ils atteignent leur intensité maximale, les courants des marées parcourent jusqu’à 14,5 km par heure et la surface de la mer est généralement parcourue par des vagues de 3 mètres qui atteignent plus de 18 mètres pendant les tempêtes.

À terre, les éoliennes poussent comme des champignons dans les champs des agriculteurs, et les panneaux solaires ornent les toits de maisons séculaires, générant suffisamment d’électricité pour approvisionner les 10 000 habitants des îles en énergie 100 % renouvelable. Un câble du réseau des îles des Orcades envoie l’électricité vers le datacenter, qui nécessite un peu moins d’un quart de mégawatt de puissance à pleine capacité.

Microsoft’s Project Natick at the launch site in the city of Stromness on Orkney Island, Scotland on Sunday May 27, 2018. (Photography by Scott Eklund/Red Box Pictures)La vision Microsoft d’un datacenter disposant de sa propre source d’énergie durable devient réalité avec cette synergie qu’apportent les énergies marines renouvelables, explique Christian Belady, directeur général de la stratégie et de l’architecture des infrastructures Cloud dans la division Cloud and Enterprise de Microsoft.

Des datacenters autosuffisants en énergie, ajoute-t-il, pourraient être déployés n’importe où à portée d’un pipeline de données. Il devient ainsi possible de délivrer, par exemple, des services de Cloud Azure à des régions du monde où la fourniture d’électricité est peu fiable. Inutile désormais de recourir à des générateurs de secours coûteux pour pallier aux pannes du réseau électrique.

« Nous voulons être en mesure de déployer des services informatiques rapidement, n’importe où sur la planète, selon les besoins de nos clients », déclare Christian Belady, qui a longtemps préconisé des recherches explorant le mariage des datacenters et de la génération d’énergie pour simplifier et accélérer la construction de l’infrastructure de Cloud Computing.

L’épine dorsale de l’Internet

Les datacenters sont l’épine dorsale de l’Internet, les Clouds physiques du Cloud Computing qui permettent aux clients de stocker et traiter les données de manière sécurisée, d’entraîner des modèles d’apprentissage machine et d’exécuter des algorithmes IA tout en bénéficiant d’importantes économies d’échelle.

La demande de ressources de datacenters dans l’industrie informatique croît de façon exponentielle, car les entreprises déplacent de plus en plus leurs réseaux et leurs besoins informatiques vers le Cloud, et le nombre d’appareils intelligents connectés à Internet, des smartphones aux robots, explose.

« Cette croissance exponentielle montre que nous n’en sommes qu’aux prémices et que nous construirons à l’avenir beaucoup plus de datacenters que nous ne l’avons fait jusqu’ici », déclare Ben Cutler, soulignant le besoin d’innovation, dans cette course pour bâtir ce qui devient rapidement un élément critique des infrastructures du 21e siècle.

Le concept de datacenter sous-marin a été initialement présenté dans un livre blanc rédigé pour un événement Microsoft intitulé ThinkWeek, qui encourage les employés à partager des idées novatrices. Cette idée a fasciné le groupe de Peter Lee. Seulement un an après le lancement du projet Natick, en juillet 2014, l’équipe avait déployé un prototype de validation du concept, construit en laboratoire, dans des eaux calmes et peu profondes au large de la Californie.

Le prototype de validation a fonctionné pendant 105 jours. Encouragés par les résultats et l’impact potentiel pour l’industrie, l’équipe du projet Natick est allée encore plus loin, et a conçu, fabriqué et testé le module complet déployé en Écosse. Ben Cutler précise que la dernière version est conçue pour rester opérationnelle, sans intervention, durant cinq ans.

Centre de données et synergie sous-marine

La phase 1 du projet Natick a prouvé que le concept de datacenter sous-marin était réalisable. La phase 2 vise à déterminer si ce concept est pertinent, sur le plan logistique, environnemental et économique.

Au début de la phase 2, l’équipe de Microsoft savait que la fabrication évolutive de datacenters sous-marins nécessiterait une expertise extérieure. C’est pourquoi Microsoft a décidé de travailler avec Naval Group, une entreprise française en activité depuis 400 ans, forte d’une expertise internationale en matière d’ingénierie, de fabrication et de maintenance de navires et de sous-marins militaires ainsi que de technologies d’énergie marine.

L’équipe de Microsoft a présenté les spécifications générales du datacenter sous-marin à Naval Group, qui a ensuite dirigé la conception et la fabrication du bâtiment déployé en Écosse.

« Au premier abord, nous pensions qu’il existait un véritable fossé entre les datacenters et les sous-marins, mais ils présentent en réalité de nombreuses synergies », explique Éric Papin, Directeur de l’innovation et de la maîtrise technique chez Naval Group.

Les sous-marins, ajoute-t-il, sont essentiellement des bâtiments sous pression élevée, qui abritent une infrastructure complexe de gestion et de traitement de données pour l’administration du navire et d’autres systèmes intégrés, avec des exigences très strictes en matière d’électricité, de volume, de poids, d’équilibre thermique et de refroidissement.

Technologie sous-marine

Naval Group a adapté un processus d’échange thermique, habituellement utilisé pour refroidir les sous-marins, au datacenter immergé. Le système fait circuler de l’eau de mer directement à travers les radiateurs situés à l’arrière de chacun des 12 racks de serveurs et la rejette ensuite dans l’océan. Les résultats de la phase 1 du projet Natick indiquent que l’eau rejetée par le datacenter se dissipe dans les courants environnants.

Spencer Fowers, membre senior du personnel technique du groupe des projets spéciaux de Microsoft, explique que l’une des principales exigences de conception concernait les dimensions du bâtiment. Pour optimiser la chaîne logistique existante, celles-ci devaient être en effet similaires à celles d’un conteneur cargo standard, utilisé pour acheminer des marchandises sur les navires, les trains et les camions.

Le datacenter a été fixé à l’aide de boulons et tous les systèmes ont été contrôlés en France, puis l’équipe l’a chargé sur la remorque d’un camion à 18 roues et l’a conduit vers les îles des Orcades, avec une traversée en ferry. En Écosse, le bâtiment a été fixé à sa base triangulaire lestée, et remorqué en mer pour être déployé à partir de la barge à grue.

« Comme pour une nouvelle voiture, nous allons expérimenter et faire tourner le moteur à différents régimes pour nous assurer que tout fonctionne bien », explique Spencer Fowers. « Puis, une fois prêts, nous remettrons les clés à un ou deux de nos clients et nous les laisserons déployer des tâches sur notre système. »

Microsoft’s Project Natick at the launch site in the city of Stromness on Orkney Island, Scotland on Sunday May 27, 2018. (Photography by Scott Eklund/Red Box Pictures)

Recherche appliquée

L’équipe du projet Natick passera les 12 prochains mois à surveiller et à enregistrer les performances et les conditions de fonctionnement du datacenter, de la consommation d’énergie au niveau d’humidité interne, en passant par la température et le niveau sonore.

Les eaux profondes des océans sont toujours froides, ce qui offre un accès facile et gratuit au refroidissement, l’un des coûts les plus importants pour un datacenter terrestre. Les datacenters sous-marins pourraient également servir d’ancrage aux énergies marines renouvelables, telles que les parcs éoliens offshore ou les fermes de turbines marémotrices, ce qui permettrait aux deux industries d’évoluer en parallèle.

Aujourd’hui, le projet Natick est un projet de recherche appliquée, axé sur l’étude de la viabilité économique de l’exploitation offshore de datacenters en conteneurs, à proximité de grands centres de population, afin de fournir l’accès au Cloud dans un monde de plus en plus dépendant de la connectivité Internet.

« Quand vous visez la lune, rien ne garantit que vous l’atteindrez », déclare Peter Lee. « Si vous y parvenez, tant mieux, mais peu importe, car vous aurez appris beaucoup et bénéficierez de retombées inattendues tout au long du parcours. Et c’est ce qui se passe ici. Nous apprenons beaucoup sur les défaillances des disques, la conception des racks, l’ingénierie mécanique des systèmes de refroidissement… et nous pourrons utiliser ces connaissances dans nos datacenters classiques. »

Articles connexes :

Visitez la page de recherche du projet Natick

Pour en savoir plus sur les initiatives de Microsoft en matière d’environnement et de durabilité, lisez le blog Microsoft Green

Découvrez la phase 1 du projet Natick

John Roach écrit régulièrement sur la recherche et l’innovation chez Microsoft. Suivez-le sur Twitter.