微软”水下数据中心”是咋回事?

受到儒勒·凡尔纳(Jules Verne)的启发,微软的研究人员相信,数据中心的未来可能就在海洋之下。微软已经对一个可以独立运行的数据中心的原型机进行了测试,它能在海平面下数百英尺深的地方工作,从而解决了科技行业最费钱的问题之一:空调账单。

今天的数据中心驱动着从流视频到社交网络、电子邮件的一切,它由数千台计算机服务器组成,它们会产生大量的热量。过热的时候,服务器就会崩溃。

把服务器放到冰冷的海水里,就能解决这个问题。它可能还能解决计算世界呈指数级增长的能源需求,因为微软正在考虑为这个系统配备涡轮或者潮汐能系统,利用它们来发电。

这个代号为 Project Natick 的项目可能会有一连串巨大的钢筒,它们由安置在海床上的光纤线缆连接在一起。另一种可能的方案是让像果冻一样的容器悬浮在海面上,用涡轮捕捉洋流来发电。

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“当我第一次听说这事儿的时候我想,‘水……电,你们搞这个做什么?’”微软公司的计算机设计师本·卡特勒(Ben Cutler)说。他是当年参与打造过 Project Natick 的工程师之一。“但当深入地思考了这件事之后,我发现它其实挺有道理的。”

像这样激进的想法很可能会碰钉子,包括环境方面的担心和不可预见的技术难题。但微软公司的研究人员认为,通过大量生产这些“胶囊”,它们可以缩短新建数据中心的部署时间,以前需要两年,现在只需要 90 天——这是巨大的成本节约。

水下装着服务器的容器也能让网络服务运行得更快。世界上有很多人现在都住在离海很近的城市中心,但那里离数据中心却很远,因为它们通常都建在空间很大的偏僻地带。如果能把运算中心放到离用户近的地方,就能降低人们感觉到的网络延迟——对于网络用户来说,网络延迟是个大问题。

“多年来,主要的云服务提供商都一直在全世界寻找(建立数据中心的)地方,它们不仅要能清洁利用能源,还要能利用环境的优势,”加州大学圣迭戈分校加州电信与信息技术研究所(California Institute for Telecommunications and Information Technology)主任、物理学家和科学计算专家拉里·斯马尔(Larry Smarr)说。

随着数字娱乐和所谓物联网的飞速到来,对于中心化计算的需求也一直在以指数级的速度增长。微软在全世界范围内管理着超过 100 个数据中心,而且还在快速兴建新的数据中心。为了建立一个提供了 200 多种在线服务的全球数据中心系统,微软已经花了 150 多亿美元。

2014 年,微软研究院分支机构 NExT (New Experiences and Technologies)的工程师们开始思考一种创新的办法,它可以大幅加速为所谓云计算机系统增加新的运算能力的过程。

“当你掏出智能手机的时候,你觉得你在使用这台神奇的小电脑,但实际上,你所使用的是它背后叫作‘云端’的 100 多台电脑,”微软研究院和 NExT 的企业副总裁彼得·李(Peter Lee)说。“然后你把这个过程乘以数十亿人,就会发现它涉及到巨量的运算。”

微软最近完成了对一个直径 8 英尺(2.44 米,译注)的钢筒为期 105 天的测试,它被放到了加州中部靠近圣路易斯奥比斯波附近的太平洋中。通过从微软园区的办公室里对它进行控制,事实证明,此次测试比预想的还要成功。

研究人员此前还担心硬件故障和钢筒泄露。这个水下系统配备了 100 个不同的传感器来测试压力、湿度、运动和其他情况,从而更好地了解在一个不可能半夜派人去修的环境下服务器的运转情况。

系统顶住了测试。这也让工程师延长了实验时间,甚至从微软的 Azure 云计算服务中运行了一些商业数据处理项目。

研究小组已经开始了对水下系统的设计,它的大小将是现在的 3 倍。该系统将会与一家目前还未选定的海洋可替代能源系统开发商共同建造。微软的工程师说,他们希望明年能进行新一轮的测试,测试地点很可能会靠近佛罗里达州,或者在北欧进行——因为那里的海洋能源项目正在密集建设当中。

该系统的第一台原型机被亲切地命名为 Leona Philpot ——它是微软的《光晕》(Halo)系列游戏中的一个角色。现在它已经返回了位于雷蒙德的微软园区,上面有些地方还挂着藤壶。

它是一个很大的白色钢筒,外表覆盖着热交换器,它的两端都被钢板和巨大的螺栓封着。它的内部有一个数据中心计算机架,里面加压注入了氮气,如此一来就能有效地去除系统在海床上接受测试时计算机芯片产生的热量。

水下系统的想法来自一份 2014 年由几位微软数据中心雇员撰写的研究论文,其中一位作者曾经在海军潜艇上工作过。

微软研究院负责特别项目的总经理、美国国防部高级研究计划局(Darpa)前副主任诺曼·威塔克(Norman A. Whitaker)说,水下服务器的概念是被 Darpa 的科学家们称为“重构”(refactoring)的思想的一个例证,这一思想旨在对完成一件事的传统做法进行全新思考。

他说,就算把一个大的计算机筒子放到水下看起来有点儿夸张,但这个项目还可以带来其他方面的创新。比如根据设计标准,新的海底胶囊可以留在海底长达 5 年时间,期间无需维护。这意味着它里面的服务器必须足够结实,以便在无需维修的情况下坚持 5 年。

对于大多数服务器来说,这都会是一次考验,但他们必须对服务器进行改进,以便让它在水下胶囊里运行——微软的工程师说,他们正在努力实现这一目标。

他们还在重新思考数据中心的物理排列方式。现在,服务器都放在机架上,以便让人来维护它们。但威塔克说,当它们不再需要维护之后,许多用来帮助人操作服务器的部件就可以去掉了。

他说:“重构的想法就是会同时去动很多东西。”

在最初的实验中,微软的研究人员说,他们研究了他们的计算机容器可能会对脆弱的水下环境造成的影响。他们使用声学传感器来确定在周围水域能否听到钢筒内转动的硬盘和风扇的声音。他们最后发现,钢筒发出的任何噪音都被游过它的虾所发出的咔嗒声给盖过去了。

该项目潜力最明显的一部分,就在于它能从海水的运动中收获电能。研究人员强调说,这可能意味着该系统不需要向海洋中增加新的能源,所以也就不会造成海洋整体温度的上升。在最初的实验中,微软的工程师们说,他们曾经检测到胶囊本身发出了“极其”少量的热量。

“在距离钢筒几英寸以外的海洋环境中,我们没有检测到被加热的迹象,”李博士说。

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