Por John Roach
No início do trimestre, especialistas marinhos enrolaram um datacenter do tamanho de um contêiner de transporte revestido de algas, cracas e anêmonas do mar do fundo do mar das Ilhas Órcades, na Escócia. Ao recuperá-lo, lançou-se a fase final de um esforço de anos que provou que o conceito de datacenters subaquáticos é viável, bem como logisticamente, ambientalmente e economicamente prático.
A equipe do Project Natick da Microsoft implantou o datacenter das Ilhas do Norte com mais de 35 metros de profundidade no fundo do mar em 2018. Durante os dois anos seguintes, os membros da equipe testaram e monitoraram o desempenho e a confiabilidade dos servidores do datacenter.
A equipe formulou a hipótese de que um contêiner lacrado no fundo do oceano poderia fornecer maneiras de melhorar a confiabilidade geral dos datacenters. Em terra, a corrosão do oxigênio e da umidade, as flutuações de temperatura e os solavancos e empurrões de pessoas que substituem componentes quebrados são todas variáveis que podem contribuir para a falha do equipamento. A implantação das Ilhas do Norte confirmou a hipótese, o que poderia ter implicações para os datacenters em terra.
As lições aprendidas com o Project Natick também estão informando a estratégia de sustentabilidade do datacenter da Microsoft em relação a energia, resíduos e água, disse Ben Cutler, gerente de projetos do grupo de pesquisa de Projetos Especiais da Microsoft que lidera o Project Natick.
Além do mais, ele acrescentou, a confiabilidade comprovada dos datacenters subaquáticos gerou discussões com uma equipe da Microsoft no Azure que busca atender os clientes que precisam implantar e operar datacenters táticos e críticos em qualquer lugar do mundo.
“Estamos povoando o globo com dispositivos de ponta, grandes e pequenos”, disse William Chappell, vice-presidente de sistemas de missão da Azure. “Aprender como tornar datacenters confiáveis o suficiente para não precisar do toque humano é um sonho nosso.”
Prova de conceito
O conceito de datacenter subaquático entrou em cena na Microsoft em 2014 durante o ThinkWeek, um evento que reúne funcionários para compartilhar ideias “fora da caixa”. O conceito foi considerado como uma forma com potencial de fornecer serviços em nuvem ultrarrápidos para populações costeiras e economizar energia.
Mais da metade da população mundial vive em um raio de 190 quilômetros da costa. Colocando datacenters debaixo d’água perto de cidades costeiras, os dados teriam uma curta distância para viajar, levando a uma navegação rápida e tranquila na web, streaming de vídeo e jogos.
Os mares subsuperficiais consistentemente frios também permitem projetos de data center com eficiência energética. Por exemplo, eles podem alavancar encanamentos de troca de calor, como os encontrados em submarinos.
A equipe do Project Natick da Microsoft provou que o conceito de datacenter subaquático era viável durante uma implantação de 105 dias no Oceano Pacífico em 2015. A Fase II do projeto incluiu a contratação de especialistas marítimos em logística, construção naval e energia renovável para mostrar que o conceito também é prático.
“Estamos agora no ponto de tentar aproveitar o que fizemos em vez de sentir a necessidade de ir e provar um pouco mais”, disse Cutler. “Fizemos o que precisamos fazer. Natick é um alicerce fundamental para a empresa usar, se for apropriado.”
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Algas, cracas e anêmonas do mar
O datacenter subaquático das Ilhas do Norte foi fabricado pelo Grupo Naval e sua subsidiária Naval Energies, especialistas em defesa naval e energia marinha renovável. Green Marine, uma empresa com sede nas Ilhas Órcades, apoiou o Grupo Naval e a Microsoft na implantação, manutenção, monitoramento e recuperação do datacenter, que a equipe de Projetos Especiais da Microsoft operou por dois anos.
Nas Ilhas do Norte, o datacenter foi implantado no European Marine Energy Centre, um local de teste para turbinas de marés e conversores de energia das ondas. As correntes de maré lá viajam até 14 quilômetros por hora no pico de intensidade e a superfície do mar se agita com ondas que chegam a mais de 18 metros em condições de tempestade.
A implantação e recuperação do datacenter subaquático das Ilhas do Norte exigiu mares atipicamente calmos e uma dança coreografada de robôs e guinchos que se desenrolou entre os pontões de um carregador de barcaça. O procedimento durou um dia inteiro em cada extremidade.
As Ilhas do Norte brilhavam brancas quando implantadas. Dois anos debaixo d’água deram tempo para uma fina camada de algas e cracas se formar e para as anêmonas do mar crescerem até o tamanho de melão nos cantos protegidos de sua base cheia de lastro.
“Ficamos muito impressionados com o quão limpo estava, na verdade”, disse Spencer Fowers, um dos principais membros da equipe técnica do grupo de pesquisa de Projetos Especiais da Microsoft. “Não tinha muito crescimento marinho endurecido; era principalmente espuma do mar.”
Lavagem de energia e coleta de dados
Depois de retirado do fundo do mar e antes do transporte para fora das Ilhas Órcades, a equipe da Green Marine lavou o tubo de aço à prova d’água que envolvia os servidores 864 das Ilhas do Norte e a infraestrutura do sistema de resfriamento relacionado. Os pesquisadores então inseriram tubos de ensaio em uma válvula no topo do vaso para coletar amostras de ar para análise na sede da Microsoft em Redmond, Washington.
“Nós o deixamos cheio de nitrogênio seco, então o meio ambiente é bem benigno lá”, disse Fowers. A questão, acrescentou, é como os gases normalmente liberados de cabos e outros equipamentos podem ter alterado o ambiente operacional dos computadores. O datacenter limpo e com amostra de ar foi carregado em um caminhão e conduzido para a instalação Nigg Energy Park do Global Energy Group no norte da Escócia. Lá, o Grupo Naval destravou o endcap e deslizou para fora dos racks do servidor enquanto Fowers e sua equipe realizavam verificações de saúde e coletavam componentes para enviar a Redmond para análise.
Entre os componentes embalados e enviados para Redmond estavam alguns servidores com falha e cabos relacionados. Os pesquisadores acreditam que esse hardware os ajudará a entender por que os servidores no data center subaquático são oito vezes mais confiáveis do que aqueles em terra.
“Nós pensamos ‘ei, isso parece muito bom’”, disse Fowers. “Precisamos descobrir o que exatamente nos dá esse benefício.”
A equipe levanta a hipótese de que a atmosfera de nitrogênio, que é menos corrosiva que o oxigênio, e a ausência de pessoas para bater e empurrar componentes, são as principais razões para a diferença. Se a análise provar que isso está correto, a equipe pode traduzir as descobertas para datacenters terrestres.
“Nossa taxa de falhas na água é um oitavo do que vemos em terra”, disse Cutler. “Tenho um modelo econômico que diz que, se eu perder tantos servidores por unidade de tempo, estou pelo menos em paridade com o terreno”, acrescentou. “Somos consideravelmente melhores do que isso.”
Energia, resíduos e água
Outras lições aprendidas com o Projeto Natick já estão informando conversas sobre como fazer os datacenters usarem a energia de forma mais sustentável, segundo os pesquisadores.
Por exemplo, a equipe do Projeto Natick selecionou as Ilhas Órcades para a implantação das Ilhas do Norte em parte porque a rede ali é fornecida 100% por energia eólica e solar, bem como tecnologias de energia verde experimental em desenvolvimento no Centro Europeu de Energia Marinha.
“Conseguimos funcionar muito bem no que a maioria dos datacenters terrestres considera uma rede não confiável”, disse Fowers. “Estamos esperançosos de poder olhar para nossas descobertas e dizer que talvez não precisemos ter tanta infraestrutura focada em energia e confiabilidade.”
Cutler já está pensando em cenários como a co-localização de um datacenter subaquático com um parque eólico offshore. Mesmo com ventos fracos, provavelmente haveria energia suficiente para o datacenter. Como último recurso, uma linha de força da costa poderia ser agrupada com o cabeamento de fibra óptica necessário para transportar dados.
Outros benefícios relacionados à sustentabilidade podem incluir a eliminação da necessidade de usar peças de reposição. Em um datacenter apagado, todos os servidores seriam trocados uma vez a cada cinco anos. A alta confiabilidade dos servidores significa que os poucos que falham cedo são simplesmente colocados offline.
Além disso, o Projeto Natick mostrou que os datacenters podem ser operados e mantidos resfriados sem extrair recursos de água doce que são vitais para as pessoas, agricultura e vida selvagem, observou Cutler.
“Agora a Microsoft está trilhando o caminho de encontrar maneiras de fazer isso para datacenters terrestres”, disse ele.
Vá a qualquer lugar
As primeiras conversas sobre o futuro potencial do Projeto Natick se concentraram em como escalar datacenters subaquáticos para alimentar o conjunto completo de serviços em nuvem do Microsoft Azure, o que pode exigir a ligação de uma dúzia ou mais de embarcações do tamanho das Ilhas do Norte.
“À medida que estamos migrando da computação em nuvem genérica para a computação em nuvem e de ponta, vemos cada vez mais a necessidade de ter datacenters menores localizados mais perto dos clientes, em vez desses grandes datacenters de armazén no meio do nada”, disse Fowers.
Essa é uma das razões pelas quais o grupo de Chappell no Azure está de olho no andamento do Projeto Natick, incluindo testes de tecnologia de criptografia pós-quântica que pode proteger dados de setores sensíveis e críticos. A capacidade de proteger os dados é fundamental para a missão do Azure em vários setores.
“O fato de que eles foram capazes de implantá-lo muito rapidamente e de ter funcionado há tanto tempo e de ter o nível de criptografia nos sinais que chegam combina para revelar uma visão muito atraente do futuro”, disse Chappell.
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John Roach escreve sobre pesquisa e inovação da Microsoft. Siga-o no Twitter.
