Podwodne centra danych Microsoftu

W pewien mglisty, czerwcowy poranek, o 05:00 grupa inżynierów, informatyków i badaczy weszła na pokład łodzi u wybrzeża szkockiego archipelagu Orkadów. O północy tego samego dnia zadokowali z powrotem do tego samego portu. W międzyczasie, w ciągu 19 godzin został ukończony potężny projekt infrastrukturalny: podwodne centrum danych, składające się z 864 serwerów o łącznej pojemności 26,7 petabajtów w 12 obudowach rackowych, zostało zanurzone na dno oceanu. Olbrzymia szalupa wyposażona w dźwigi opuściła centrum danych do miejsca spoczynku. Gdy znalazło się ono na głębokości prawie 37 metrów pod poziomem morza i osiadło bezpiecznie na płycie skalnej, inżynierowie użyli podwodnego drona, by połączyć je z uprzednio poprowadzonym kablem. Zawsze istnieje ryzyko, że coś pójdzie nie tak, ponieważ przez pewien czas nie widzieliśmy kabla - mówi Ben Cutler, lider podwodnego centrum danych Microsoftu, znanego lepiej pod szyldem Project Natick. Cel tego ambitnego projektu? Redukcja kolosalnych ilości energii, pochłanianych przez serwery, odpowiadające za potrzeby przetwarzania coraz większych ilości danych.

Microsoft rozpoczął prace nad projektem Natick w 2014 r. i testował już wcześniej podobne rozwiązanie, choć nie na taką skalę. Odpowiednio mniejsze centrum danych zostało zanurzone w Pacyfiku na okres 105 dni. Nowa, ponad 12-metrowa struktura, używa technologii kompresji typowej dla łodzi podwodnych i została zaprojektowana do spoczywania na dnie oceanu przez pięć lat. Przez co najmniej pierwsze 12 miesięcy Microsoft będzie monitorował jej wydajność bez możliwości fizycznego dostępu. Rejestrowane będą wszystkie wskaźniki, od konsumpcji energii, przez wewnętrzną wilgotność, po poziomy temperatury i dźwięku. Ma to też swoje minusy - jeśli technologie umieszczone w kapsule zawiodą, nie będzie praktycznie możliwości ich naprawy. Ryzyko istnieje, ale jest to cena za wspomniane wcześniej oszczędności. Jak wiadomo, serwery podczas pracy wytwarzają ciepło, którego trzeba się pozbywać, a pracujące w tradycyjnych centrach danych systemy odprowadzania ciepła pożerają sporo energii. Zimne morze, zwłaszcza kilkadziesiąt metrów pod powierzchnią, robi to praktycznie za darmo. Serwery są chłodzone wodą, przepływającą przez metalowe rury, ale też zasilane energią odnawialną, która płynie przez kabel z lądu. Kolejnym kablem płyną dane, jako że łącze internetowe znajduje się na wybrzeżu. Microsoft twierdzi, że centrum danych jest tak mocne, jak kilka tysięcy high-endowych, konsumenckich PC.

Świat na powierzchni pochłania tymczasem coraz większe ilości danych, a jego głód na kolejne gigabajty wciąż rośnie. Niesie to ze sobą wiele implikacji, ale w tym szczególnym przypadku istotny jest zwłaszcza wpływ na środowisko. On nie odejdzie, ale będzie się powiększać - mówi Colin Pattinson, dziekan Creative Technologies and Engineering na Leeds Beckett University. Wszystko, co produkujemy, wszystko, co tworzymy, staje się coraz bardziej intensywne pod względem danych. Rozwiązań, intensywnie karmiących się danymi ze świata rzeczywistego, nie używa się jeszcze tak powszechnie, ale ich rozkrzewienie to tylko kwestia najbliższych lat. Przykładem takich rozwiązań są pojazdy autonomiczne - szacuje się np., że godzina jazdy takim samochodem wymaga transmisji 25 GB informacji do chmury i z powrotem. Jeśli natomiast spełnią się prognozy Microsoftu i do 2020 r. działać będzie 25 miliardów urządzeń IoT, dane płynące z ich sensorów będą niewyobrażalnie wielkie, a to wiąże się z dodatkowymi kosztami, które poniesie również środowisko naturalne. Jednak chodzi nie tylko o dane, ale i temperaturę. Chłodzenie jest bowiem największym kosztem w utrzymaniu naziemnych centrów danych. Być może najlepszą odpowiedzią okaże się właśnie ów kubeł zimnej wody wylany na centrum danych. Tylko że to nie kubeł, a cały ocean.

Jak twierdzą badacze Komisji Europejskiej, przemysł teleinformatyczny, w skład którego wchodzą centra danych, generuje do 2% światowej emisji CO₂. Centra danych cechują się również najszybciej powiększającym się śladem węglowym w całym sektorze ICT, przede wszystkim za sprawą wzrostu roli chmury obliczeniowej i ogólnego użycia Internetu. Największe centra danych w Europie znajdują się w UK, Niemczech, Francji i Holandii. Szacuje się, że w 2020 r. będą one pochłaniały 104 terawatogodziny energii rocznie, co stanowić ma ok. 4% całej konsumpcji energii w EU. Jeśli zatem centra danych mogą być zanurzone w głębiny oceanu, by zmniejszyć ich zapotrzebowanie energetyczne, czy oznacza to, że wszystkie one trafią pod wodę? Mówiąc krótko - nie. W grę wchodzą bowiem różne skomplikowane czynniki. Zacząć jednak należy od tego, że Microsoft nie jest nawet pewien, czy bieżąca, ostatnia faza jego eksperymentu zakończy się powodzeniem. O ile faza pierwsza pokazała, że koncepcja podwodnego centrum danych jest w ogóle możliwa do zrealizowania, to faza druga skupia się na aspektach praktycznych - logistyce, wpływie na środowisku i ekonomii. Coś może pójść nie tak, serwery mogą się zepsuć, a cały projekt może utonąć... dosłownie i w przenośni.

Do głosu dochodzą też rozważania na temat wpływu na środowisko. Dowodzący przedsięwzięciem Ben Cutler wyjaśnia np., że pierwsza, trwająca 105 dni faza testowa wypuściła do morza dość niewielkie ilości ciepła, i spodziewa się, że tym razem będzie podobnie. Ilości emitowanego ciepła są monitorowane przy pomocy czujników, tak samo jak generowany hałas. W pierwszej fazie [testów] spostrzegliśmy, że centrum danych zostało w ciągu kilku dni opanowane przez morskie życie - mówi Cutler. Mieliśmy wokół nas ryby i pełzające dokoła kraby. Obraz z kamer wokół centrum danych nieopodal Orkadów pokazał trochę egzotycznie wyglądających stworzeń pędzących wokół.

Poniekąd jest to warte spróbowania - dodaje Colin Pattinson, który studiował wpływ centrów danych na środowisko. Ostatnie dążenia do redukcji konsumpcji energii biorą pod uwagę korzyści, płynące z warunków klimatycznych. W ostatniej dekadzie centra danych były budowane w krajach o chłodniejszym klimacie, jak choćby Islandia. Jak głosi raport Komisji Europejskiej, Centra danych ulokowane w Skandynawii i Europie Północnej są wydajniejsze energetycznie, głównie ze względu na chłodniejsze warunki otoczenia, co ułatwia bardziej ekonomiczne użytkowanie. Pattinson uważa, że wszystko, co przyczynia się do redukcji zapotrzebowania na energię centrów danych, jest pozytywne, niemniej jednak wzrosty wydajności stają się niższe. Kilka lat temu techniki, takie jak wirtualizacja serwerowa, swobodne chłodzenie powietrzem i eksploatacja chłodniejszych klimatów, spowodowały znaczącą zmianę, ale dodatkowe korzyści zmniejszają się z dnia na dzień.

Być może nie istnieje (albo nie zostało jeszcze odkryte) rozwiązanie, które radykalnie zmniejszyłoby zużycie energii przez centra danych. Możemy jednak używać nowych technologii, by dalej poprawiać wydajność. Jednym z największych obszarów, które mają taki potencjał, jest AI wespół z ML. Za pomocą sztucznej inteligencji i maszynowego uczenia można lepiej zrozumieć dane i wyciągać wnioski, co przekłada się także na wydajność. DeepMind rozwinięty przez Google ujawnił przykładowo możliwość zredukowania energii, potrzebnej do chłodzenia jego centrów danych, aż o 40%. To, co faktycznie próbujemy teraz zrobić, to wyciśnięcie jeszcze większych oszczędności z tej samej podstawowej technologii. Możemy zredukować wskaźnik wzrostu, ale wciąż istnieć będzie wzrost zapotrzebowania na energię, które tworzą centra danych, z powodu objętości danych, które produkujemy - tłumaczy Pattinson.

Cutler dodaje z kolei, że Microsoft bada możliwość wykorzystania podwodnych centrów danych jako sztucznych raf - tworzonych przez człowieka struktur, które mogą służyć do wspierania dzikiego życia wodnego. Na całym świecie zatopione pociągi, statki i czołgi zamieniły się w sztuczne rafy, w których zadomowiło się życie. Centra danych to jednak przede wszystkim wielki biznes, szczególnie w ramionach chmurowych i AI wielkich firm. Według raportu CBRE w samym tylko 2017 r. na ich budowę wydano ponad 20 miliardów dolarów. Microsoft ma zatem ekonomiczne oczekiwania względem projektu Natick i jeśli testy dadzą pozytywne rezultaty, podobnych kapsuł może pojawić się więcej. Możecie sobie wyobrazić centra danych w oceanie, które miałyby ich więcej niż jedną. Może ich być całkiem sporo i mogą być połączone - wyjaśnia Cutler. Przewiduje on, że Microsoft będzie w stanie produkować i tworzyć podwodne centra danych w ciągu 90 dni i instalować je w pobliżu miast: Wyobraźmy sobie, że mamy fabrykę, w której budujemy te centra danych i tam też pojawiają się serwery. Są tam umieszczane, pieczętowane w tych kontenerach i inwentaryzowane przez dzień, a następnie ktoś dzwoni i mówi, że potrzebuje dwóch megawatów pojemności przy brzegu kraju.

Beatrice Nicolas-Meunier, project manager firmy inżynierskiej Naval Group, która budowała centrum danych Natick, używając technologii łodzi podwodnych, twierdzi, że skalowalność nie jest problemem: W części technologicznej możemy się powiększać i powiększać. Adaptacja specjalistycznej technologii marynistycznej była dla Microsoftu koniecznością, by transportować drogą morską tak duże obiekty i zanurzać je na tak duże głębokości. Jeśli Microsoft będzie chciał jutro rozwinąć bardzo duże [podwodne centrum danych], będziemy musieli użyć tych samych narzędzi - mówi Nicolas-Meunier.

Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, Cutler obrazuje utworzenie podwodnych centrów danych wzdłuż wybrzeży państw na całym świecie, dodając, że w większości przypadków miasta z dużą populacją znajdują się najczęściej tylko 200 km od brzegu. Przeniesienie centrów danych bliżej miast ma też kolejną zaletę - jeśli dane nie muszą przebywać dalekiej drogi, połączenia stają się szybsze. Nie spodziewajmy się jednak kolejnych "sztucznych raf" wypełnionych serwerami i zanurzonych w miejskich jeziorach i innych akwenach. Fajną rzeczą związaną z oceanem jest fakt, że stale występują tam prądy - dodaje Cutler. Gdybym miał zbiornik stojącej wody, miałbym problem - gdzie całe to ciepło odejdzie?.