Datové centrum pod hladinou oceánu

Project Natick je studií zkoumající možnost provozování podvodních datacenter, v jehož průběhu Microsoft sbíral obrovské množství dat a dalších postřehů a vyhodnocoval benefity, které by mohlo prosazení standardizovaných, průmyslově vyráběných datových center provozovaných pod hladinou moří přinést.

V projektu se odrážejí neustálé snahy Microsoftu o hledání cest a způsobů, jak snížit spotřebu, zefektivnit provoz, zredukovat náklady a zvýšit efektivitu a agilitu serverů a datových (cloudových) center obecně. Také by šlo o poměrně jednoduchý způsob (alespoň tedy pokud uvažujeme přímořské oblasti), jak dostat datová centra do fyzické blízkosti měst, kde se typicky nachází značné množství odběratelů jejich služeb, bez nutnosti hledání pozemků, výstavby infrastruktury apod. Podle Microsoftu žije v místech vzdálených do 200 km od mořského pobřeží více než polovina světové lidské populace. Tuto skutečnost nelze opomíjet a její důležitost v budoucnu nadále poroste, protože do online prostředí se přesunuje stále více a více služeb a technologií, které jsou citlivé i na odezvu, kterou právě vzdálenost uživatele od datového centra může výrazně ovlivnit. Zmínit můžeme např. různé streamovací služby v čele s herními online službami. Velmi důležitý je tento aspekt také u tzv. edge-computing technologií, jejichž nasazení je také stále běžnější a častější. Výhodou je i škálovatelnost – za běžných okolností totiž samozřejmě nic nebrání tomu podobných datových center nasadit v jedné oblasti i více.

Samotný projekt byl teoreticky rozpracován v roce 2014. První praktická fáze projektu (Natick Phase 1) probíhala od srpna do listopadu 2015 asi kilometr od pacifického pobřeží Spojených států. Cílem této části projektu bylo zjistit, zdali je myšlenka v praxi vůbec reálně uskutečnitelná, což se nakonec prokázalo. Druhá fáze (Natick Phase 2), ze které pochází většina dále v článku zmiňovaných informací, probíhala, co se týče praktického nasazení, od léta 2018 do léta 2020. Kontejner s datovým centrem byl tentokrát ponořen pod hladinu oceánu nedaleko skotských Orknejských ostrovů do hloubky přibližně 35 metrů. Během těchto dvou let se měl prověřit také logistický, environmentální a ekonomický aspekt věci.

Inspirováno ponorkami

Na vývoji a výrobě kontejneru Microsoft spolupracoval s francouzskou společností Naval Group, firmou se 400letou historií a zkušenostmi s vývojem, výrobou a údržbou vojenských lodí a ponorek a energetických technologií. Ačkoli se to totiž může zdát jako nesmyslné srovnání, ukázalo se, že mezi konstrukcí kontejneru pro podmořské datové centrum a konstrukcí ponorek je nečekaně mnoho podobností. Mezi společné vlastnosti totiž nepatří jen podobný tvar konstrukce a nutnost odolat působení vysokého tlaku, ale i podobný způsob výroby nebo nutnost osazení celou řadou složitých systémů pro napájení, chlazení a teplotní regulaci, komunikaci apod. Ve výsledku je tak řada postupů a technologií skutečně velmi podobná těm, nebo se dokonce shoduje s těmi, které se běžně používají v ponorkách.

Kontejner, ve kterém bylo datové centrum uschováno, byl asi 12 metrů dlouhý a v průměru měřil asi tři metry. Vedle chladicího systému a dalších nezbytných technologií v sobě obsahoval 12 racků s celkem 864 servery (ty obsahovaly např. FPGA akcelerátory a úložiště s kapacitou 27,6 PB). Vnitřní prostory kontejneru byly vyplněny suchým dusíkem a tlak zde dosahoval jedné atmosféry.

Jeho výroba a testování proběhly ve Francii, odkud byl následně dopraven na pobřeží Irska. Před ponořením do moře byl kontejner propojen se zbytkem světa kabelem zahrnujícím napájení a optické vlákno pro zajištění potřebné konektivity.

Sázka na obnovitelné zdroje

Napájení kontejneru s datovým centrem spoléhalo výhradně na energii z obnovitelných přírodních zdrojů pořizovanou v blízkém okolí. Dominantní byly tři hlavní zdroje energie – (přílivové) mořské vlny, vítr a solární energie. V plné zátěži činila spotřeba datového centra 240 KW. Zde se navíc nabízí zajímavá synergie – podvodní datová centra by podle některých úvah mohla sloužit jako nosiče pro generátory poháněné vlnami či mořskými proudy, čímž by se mohla dále zvyšovat výtěžnost a energetická efektivita takovýchto zařízení.

Velkou výhodou podmořského prostředí je konzistentní chlad, který představuje velmi jednoduchý a zcela bezplatný způsob chlazení. Pokud by se datová centra v budoucnu obešla bez nutnosti využívání sladké vody, které bude stále méně, byl by to další velký benefit.

Po celou dobu od uvedení datacentra do provozu se detailně monitoruje celá řada parametrů včetně spotřeby, vnitřní vlhkosti až po hladinu hluku nebo pohyby teplot.

Životnost takového datacentra by mohla být bez problémů pět až deset let s tím, že provoz je kompletně bezúdržbový a bezobslužný. Vše je navíc vyrobeno z materiálů, které lze po vyřazení kontejneru z provozu plně recyklovat.

Co nám projekt ukázal?

V prvé řadě se podle Microsoftu ověřilo, že myšlenka podvodního datového centra je skutečně proveditelná – po logistické, ekologické i ekonomické stránce.

Zároveň se potvrdila i hypotéza, že zapečetění provozního prostředí datacentra může mít výrazný vliv na celkovou spolehlivost systému. V normálních datacentrech je totiž běžný podstatně větší vliv koroze způsobené přítomností kyslíku, vlhkosti, pohybu teplot i pohybu lidí, což jsou v celkovém souhrnu nezanedbatelné faktory. Toto zjištění hodlá Microsoft využívat i u pozemských datacenter. Velký přínos by to mohlo mít zejména u systémů, na kterých běží taktické, nebo dokonce kritické operace či služby.

Podrobně prozkoumán mohl být po vyzdvižení i vliv dusíku, kterým byl kontejner vyplněn, na osazená zařízení. I v tomto případě jsou zjištění více než povzbudivá – podle prvních údajů byla totiž spolehlivost serverů až 8krát vyšší než při nasazení v běžných datových centrech na souši. Přesné příčiny se aktuálně zkoumají v redmondské centrále Microsoftu. Podle prvních odhadů by to však mohlo být proto, že díky absenci kyslíku je výrazně snížena možnost vzniku koroze. Velkou výhodou by tak mohly být úspory získané díky méně časté výměně náhradních dílů.

Praktické využití

Microsoft se již pochlubil i čistě praktickým – a bohužel i velmi aktuálním – nasazením. Výpočetní kapacita datacentra byla totiž propůjčena globální výpočetní síti pracující na zkoumání chování onemocnění covid-19 a vývoji potřebné vakcíny.

Autor textu: František Doupal