Перейти к основному содержанию

Microsoft тестирует мобильный подводный ЦОД, который будет работать долгие годы

Microsoft использует технологии подводных лодок и работает вместе с пионерами морской энергетики над второй фазой своего прорывного проекта по разработке автономных подводных центров обработки данных, предоставляющих молниеносный доступ к облачным службам в прибрежных городах. На днях Microsoft объявила о начале работы экспериментального прототипа размером с морской контейнер, который установлен на дне океана около Оркнейских островов, принадлежащих Шотландии.

Развертывание центра обработки данных на Северных островах в Европейском центре морской энергетики (European Marine Energy Centre) — важная веха в многолетнем исследовательском проекте Microsoft Project Natick, нацеленном на изучение возможностей производства и эксплуатации экологически устойчивых автономных модулей ЦОД, которые можно сделать на заказ, быстро установить на морском дне и оставить работать на долгие годы. 

«Это весьма непростой набор требований, — говорит Питер Ли, корпоративный вице-президент подразделения Microsoft AI and Research, руководитель группы New Experiences and Technologies (NExT). — Но Natick будет ему соответствовать». 

Работа группы Ли относится к категории, которую глава Microsoft Сатья Наделла назвал «релевантными прорывными проектами» (relevant moonshots), способными изменить бизнес Microsoft и всю индустрию вычислительных технологий. Цель Project Natick — удовлетворить экспоненциально растущий спрос на облачную инфраструктуру возле крупных городов. 

Более половины населения мира живет примерно в 200 километрах от побережья. Если размещать центры обработки данных под водой вблизи прибрежных городов, то данные пользователей из прибрежной полосы будут передаваться на небольшое расстояние, благодаря чему возрастет скорость и плавность веб-серфинга, потоковой передачи видео и игрового трафика, а также скорость обработки данных с использованием технологий искусственного интеллекта.

 «Технологии искусственного интеллекта сегодня зависят от облаков, — говорит Ли. — Если все данные будут находиться в пределах одного транзитного участка Интернета, это будет выгодно и производителям, и потребителям цифровых продуктов».

Технические специалисты подготавливают ЦОД Project Natick к установке на дне около шотландских Оркнейских островов. Фото: Скотт Эклунд/Red Box Pictures.
Технические специалисты подготавливают ЦОД Project Natick к установке на дне около шотландских Оркнейских островов. Фото: Скотт Эклунд/Red Box Pictures.

От Франции до Шотландии

12-метровый центр обработки данных, развернутый на Северных островах в рамках проекта Natick, имеет 12 стеллажей, содержащих в общей сложности 864 сервера и систему их охлаждения. Этот ЦОД был собран и протестирован во Франции, после чего доставлен на грузовике в Шотландию, где его прикрепили к треугольной платформе, заполненной балластом, для погружения на морское дно.

В день развертывания море было спокойным, стоял густой туман. «Для нас это была отличная погода», — говорит Бен Катлер, менеджер проектов из специальной группы исследовательского подразделения Microsoft, возглавляющий команду Project Natick.

С помощью кранов и лебедок контейнер ЦОД был частично погружен в воду между понтонами промышленной катамаранной баржи. На месте установки дистанционно управляемый аппарат достал с морского дна кабель, по которому идет оптоволокно и силовая проводка, и доставил его на поверхность, где его проверили и подключили к ЦОД. Центр обработки данных начал работать.

Катлер говорит, что в этот момент все вздохнули с облегчением — часть рисков осталась позади. Будто по команде остатки тумана рассеялись.

Оставалась самая сложная задача того дня — медленно опустить контейнер ЦОД и кабель на глубину 35,5 метра и установить на каменную плиту дна. Команда баржи использовала 10 лебедок, кран, понтоны и дистанционно управляемый подводный аппарат, который сопровождал центр обработки данных.

«Самый радостный момент наступил, когда контейнер, наконец, встал на дно, завершив свое долгое, тщательно спланированное путешествие», — говорит Катлер. Как только ЦОД оказался на морском дне, скобы были выпущены, тросы вытащены на поверхность, а оперативный контроль передан береговой станции на Северных островах.

Опыт, полученный исследователями в процессе развертывания, и все, что они узнают в течение следующего года работы, прежде чем ЦОД будет поднят, позволит сравнить ожидания с реальностью эксплуатации подводных центров обработки данных в реальных условиях.

Команда Microsoft Project Natick (слева направо): Майк Шепперд, старший R&D-инженер, Сэм Огден, старший инженер-программист, Спенсер Фауэрс, страший технический специалист, Эрик Петерсон, исследователь, Бен Катлер, менеджер проекта. Фото: Скотт Эклунд /Red Box Pictures.
Команда Microsoft Project Natick (слева направо): Майк Шепперд, старший R&D-инженер, Сэм Огден, старший инженер-программист, Спенсер Фауэрс, страший технический специалист, Эрик Петерсон, исследователь, Бен Катлер, менеджер проекта. Фото: Скотт Эклунд /Red Box Pictures.

Питание возобновляемыми источниками энергии

ЦОД Северных островов — одна из глав еще не завершенной истории Project Natick, посвященная вопросу о том, можно ли использовать существующую систему международных грузоперевозок для доставки и быстрого развертывания модульных центров обработки данных в любой точке мира, даже на самых сложных морских участках.

«Если наш контейнер выдержит эксплуатацию на дне моря, мы сможем осваивать практически любые места, какие захотим», — говорит Катлер.

Европейский центр морской энергетики (European Marine Energy Centre) — полигон для испытания экспериментальных приливных турбин и преобразователей энергии волн, которые генерируют электричество от движения морской воды. Приливные течения в этих местах движутся со скоростью до 14,5 км/ч, на поверхности регулярно появляются трехметровые волны, а в шторм высота волн может превышать 18 метров.

На суше ветряные турбины, возвышающиеся над фермерскими полями, и солнечные батареи, увенчивающие крыши многовековых домов, производят достаточно электроэнергии, чтобы обеспечить 10 000 жителей острова электричеством. Для энергоснабжения здесь используются только возобновляемые источники. Кабель, идущий от электросети Оркнейских островов, питает электроэнергией центр обработки данных, который требует всего около 250 кВт при работе на полной мощности.

Ветряные энергетические установки – часть пейзажа Оркнейских островов. Фото: Скотт Эклунд/Red Box Pictures.
Ветряные энергетические установки – часть пейзажа Оркнейских островов. Фото: Скотт Эклунд/Red Box Pictures.

Как пояснил Кристиан Белади, генеральный менеджер Microsoft по стратегии и архитектуре облачной инфраструктуры, питание от возобновляемой энергии моря — шаг к реализации видения Microsoft, в соответствии с которым центры обработки данных должны иметь автономное постоянное энергоснабжение.

Белади отметил, что энергетически самодостаточные центры обработки данных можно разворачивать в любом месте в пределах досягаемости каналов передачи данных, благодаря чему, например, можно предоставлять облачные услуги Azure в регионах с ненадежными электросетями и отказаться от использования дорогостоящих резервных генераторов питания, устанавливаемых на случай сбоев в электросети.

«Мы хотим получить возможность быстрого развертывания вычислительных мощностей в любом месте планеты, где это требуется нашим потребителям», — сообщает Белади. Он давно говорит о том, что оснащение центров обработки данных собственными генераторами энергии позволит упростить и ускорить создание инфраструктуры для облачных вычислений.

Опорная сеть Интернета

Центры обработки данных — это опорные сети Интернета, физические воплощения облачных технологий, позволяющие потребителям экономить за счет масштабности решений для хранения и обработки данных, тренировки моделей машинного обучения и применения алгоритмов искусственного интеллекта.

Спрос на ресурсы центров обработки данных в вычислительной индустрии растет в геометрической прогрессии, по мере того как корпорации все активнее переносят свои сети и вычислительные инфраструктуры в облака, а число интеллектуальных устройств, подключенных к Интернету, от смартфонов до роботов, быстро растет.

«Судя по графику экспоненциального роста, мы еще не создали большинство из тех центров обработки данных, которыми будем располагать в будущем», — говорит Катлер, подчеркивая важность инноваций для создания ЦОДов, быстро становящихся критически важными элементами инфраструктуры XXI века.

Концепция подводного центра обработки данных впервые была представлена в документе, подготовленном для конференции Microsoft ThinkWeek, на которой сотрудники могут делиться своими идеями. Группа Ли заинтересовалась этим проектом, и уже через 12 месяцев после запуска Project Natick, в июле 2014 года, был разработан прототип, испытанный на спокойном мелководье близ берегов Калифорнии.

Этот прототип проработал 105 дней. Воодушевившись результатом и потенциальным значением для ИТ-индустрии, команда Project Natick приступила к проектированию, производству и тестированию полноценного модуля для запуска в Шотландии. Катлер говорит, что последняя версия может работать без обслуживания до пяти лет.

Процесс погружения ЦОД Project Natick. Фото: Скотт Эклунд/Red Box Pictures.
Процесс погружения ЦОД Project Natick. Фото: Скотт Эклунд/Red Box Pictures.

Центры обработки данных и подводные лодки

Первый этап проекта Natick показал, что концепцию подводных ЦОДов можно реализовать на практике. На втором этапе предстоит выяснить, дают ли они преимущества с логистической, экологической и экономической точек зрения.

Приступая ко второму этапу, команда Microsoft понимала, что масштабируемое производство подводных центров обработки данных потребует участия сторонних экспертов. Поэтому корпорация заключила соглашение с французской компанией Naval Group, имеющей 400-летнюю историю и богатый опыт проектирования, производства и эксплуатации военных кораблей и подводных лодок, а также морских энергетических технологий.

Специалисты из Microsoft предоставили Naval Group общие спецификации подводного центра обработки данных, на основе которых французская компания спроектировала и создала конструкцию, развернутую в Шотландии.

«На первый взгляд, центры обработки данных и подводные лодки никак не связаны друг с другом, но оказалось, что у них много общего», — говорит Эрик Папин (Eric Papin), старший вице-президент, старший технический директор и директор по инновациям Naval Group.

По его словам, подводные лодки — это, по сути, большие герметичные конструкции со сложным оборудованием для обработки данных и управления судном, а также другими интегрированными системами, которые соответствуют строгим требованиям к энергопотреблению, объему, весу, тепловому балансу и охлаждению.

Инженеры проверяют сервера и систему охлаждения Project Natick на базе Naval Group во Франции. ЦОД имеет примерно те же размеры, что и стандартный грузовой контейнер. Фото: Франк Бетермин.
Инженеры проверяют сервера и систему охлаждения Project Natick на базе Naval Group во Франции. ЦОД имеет примерно те же размеры, что и стандартный грузовой контейнер. Фото: Франк Бетермин.

Технологии подводных лодок

Naval Group адаптировала процесс теплообмена, обычно используемый для охлаждения подводных лодок, для подводного центра обработки данных. Система пропускает морскую воду через радиаторы на задней части каждого из 12 серверных стеллажей и выпускает обратно в океан. Как исследователи выяснили на первом этапе проекта Project Natick, вода, использованная для охлаждения, быстро рассеивается подводными течениями.

По словам Спенсера Фауэрса, старшего технического специалиста исследовательской группы Microsoft, одна из ключевых спецификаций проекта, необходимая для оптимизации существующих логистических цепочек, требовала, чтобы размеры конструкции примерно соответствовали размерам стандартных контейнеров, используемых для перевозки грузов на судах, поездах и грузовиках.

Проверив во Франции все системы, команда погрузила центр обработки данных на 18-колесный грузовик и поехала на Оркнейские острова, преодолевая водные преграды на паромах. В Шотландии конструкцию прикрепили к треугольной платформе, заполненной балластом, и вывезли на барже для спуска в море.

«Как при проверке любого нового автомобиля, мы попинаем шины и позапускаем двигатель на разных оборотах, чтобы убедиться, что все работает, — говорит Фауерс. — Потом, когда будем полностью готовы к работе, мы отдадим ключи первым клиентам и предоставим им возможность начать работу в нашей системе».

Спенсер Фауэрс, старший технический специалист исследовательской группы, готовит Project Natick на побережье Шотландии. Фото: Скотт Эклунд/Red Box Pictures
Спенсер Фауэрс, старший технический специалист исследовательской группы, готовит Project Natick на побережье Шотландии. Фото: Скотт Эклунд/Red Box Pictures

Прикладные исследования

Команда Project Natick проведет следующие 12 месяцев, наблюдая за производительностью центра обработки данных и записывая все его показатели — от температуры и потребления энергии до уровней внутренней влажности и шума.

Вода в глубинах мирового океана постоянно холодная, благодаря чему ее можно использовать для охлаждения, бесплатно и в любых объемах, а ведь охлаждение — одна из самых больших статей расходов в наземных ЦОДах. Подводные центры обработки данных могут быть главными потребителями возобновляемой энергии, получаемой с помощью приливных турбин или береговых ветряков, что позволяет этим двум индустриям совместно развиваться.

На данный момент Project Natick представляет собой прикладной исследовательский проект, главная цель которого — определить экономическую целесообразность установки вблизи крупных городов морских контейнерных центров обработки данных, позволяющих удовлетворять растущие потребности в облачных вычислениях по всему миру, все более зависимому от Интернета.

«Если вы собрались полететь на Луну, то вы, возможно, никогда туда не доберетесь, — говорит Ли. — Будет здорово, если у вас все получится, но даже если нет, вы многому научитесь в этом процессе и сможете обнаружить неожиданные побочные эффекты. В какой-то момент вы получите новое знание. Так происходит и в нашем случае. Мы изучаем сбои в работе дисков, конструкции стеллажей и механизмов систем охлаждения, и все, что узнаем, мы сможем использовать в обычных центрах обработки данных».

Автор – Джон Роач, пишет об инновациях и исследованиях Microsoft. Подписывайтесь на него в Twitter.