Kelahiran dan Perkembangan Pusat Data Bawah Air

Hanya sedikit yang menyadari bahwa konsep pusat data bawah air berasal dari Microsoft ThinkWeek 2014, sebuah sesi curah pendapat internal. Hal ini diusulkan oleh seorang karyawan dengan pengalaman mengoperasikan kapal selam Angkatan Laut. Microsoft melakukan eksperimen awal, menenggelamkan pusat data di bawah air selama lima bulan dengan hasil yang menjanjikan.

Baru-baru ini, pada tahun 2018, Microsoft mengirimkan kapal selam yang dilengkapi server 864 dan mampu menyimpan 27,6 petabyte data ke dasar Kepulauan Orkney, timur laut Skotlandia. Dua tahun kemudian, pada Juni 2020, Microsoft membawanya ke darat untuk dievaluasi. Hasilnya menunjukkan bahwa kinerja pusat data bawah laut lebih baik daripada pusat data tradisional dalam segala aspek, dan tingkat kegagalan di air seperdelapan dibandingkan di darat.

Mengapa Microsoft menempatkan pusat datanya di bawah laut? Setelah uji coba, apakah pembangunan pusat data kapal selam dapat dipromosikan secara besar-besaran?

Jawabannya sederhana: maksimalkan sumber daya yang tersedia. Pada saat yang sama, hal ini memecahkan banyak kekurangan pusat data pertanahan.

Pertama, pusat data bawah laut lebih aman dan stabil: pusat data rumit dan diisi dengan komponen yang sangat canggih yang dapat rusak karena perubahan suhu, korosi oksigen, dan bahkan benturan saat mengganti bagian yang rusak. Namun dalam lingkungan vakum di mana suhu dapat dikontrol, oksigen dan uap air dapat diekstraksi, dan campur tangan manusia dapat diisolasi, keamanan dan stabilitas pusat data akan sangat meningkat.

Bawah laut tidak diragukan lagi merupakan sumber data yang ideal - tidak hanya mengisolasi oksigen dari daratan, uap air, dan mengakhiri campur tangan manusia.

Kedua, dan yang paling penting, server berpendingin air laut memiliki keunggulan unik, dan pendinginan merupakan biaya besar bagi pusat data berbasis darat. Menurut data publik, 41% biaya listrik tahunan sebuah pusat data digunakan untuk pendinginan, dan konsumsi listrik tahunan pusat data di seluruh dunia menyumbang sekitar 2% dari total listrik dunia. Diantaranya, biaya konsumsi energi menyumbang 30% hingga 50% dari keseluruhan industri TI.

Mengapa pendinginan begitu mahal? Sebenarnya pada data center daratan biasanya ada dua cara untuk mendinginkan data, yang pertama menggunakan pendinginan mekanis yaitu mendinginkan server dengan sistem AC yang berat, namun cara pendinginan ini perlu memakan banyak listrik setiap harinya. hari, dan biayanya tinggi.

Cara lainnya adalah mendinginkan server dengan penguapan udara dan air. Metode alami ini berbiaya jauh lebih rendah dibandingkan metode sebelumnya, namun juga memiliki kekurangannya sendiri: tingkat penyelesaian dan kualitas pendinginan ditentukan oleh suhu udara eksternal dan kondisi air, dan kemampuan manuver manusia terlalu rendah.

Air laut dengan kapasitas panas yang lebih tinggi dapat menyimpan kelebihan panas yang dihasilkan oleh pusat data: hanya diperlukan penukar panas untuk mentransfer panas dari pusat data ke air laut di sekitarnya, sehingga dapat dikatakan, ini merupakan kombinasi dari dua metode pendinginan tradisional: stabil dan penggunaan sumber daya alam secara bebas.

Ketiga, kepadatan penduduk pesisir tinggi, transmisi data cepat, dan efisiensi komputasi awan lebih tinggi: untuk menghemat lahan dan biaya pengoperasian, pusat data tradisional biasanya memilih daerah terpencil yang jarang penduduknya, yang secara langsung menyebabkan transmisi data terlalu lambat dan terlalu lambat. banyak penundaan. Pusat data bawah laut berbeda:

Sekitar 50 persen populasi dunia tinggal dalam radius 150 kilometer dari garis pantai. Membangun pusat data di bawah laut menghemat biaya dan dekat dengan kawasan pemukiman, membunuh dua burung dengan satu batu.

Selain itu, masih banyak keunggulan lainnya:

Misalnya, kita dapat menggunakan energi pasang surut laut untuk menghasilkan listrik netral karbon di laut; Bandwidth bawah laut dapat dihubungkan melalui pipa untuk mempercepat transmisi data; Proses birokrasi yang tradisional dapat dielakkan ketika membangun pusat data bawah laut: server dapat dibangun dalam silo kedap air di jalur perakitan dan dikirim ke laut dengan kapal kargo untuk ditempatkan. Seperti yang dikatakan Microsoft, pod server ini dapat diterapkan dalam waktu 90 hari; sedangkan pembangunan pusat data tradisional membutuhkan waktu satu hingga dua tahun.

Secara teoritis, pusat data bawah laut memiliki banyak keunggulan, lalu seberapa sulitkah mencapainya? -- Microsoft punya jawaban pertama.

Faktanya, pada awal tahun 2015, Microsoft mulai mempelajari kelayakan membangun pusat data di bawah air, dan kemudian meluncurkan Project Natick.

Pada fase pertama proyek Natick, pada tahun 2015, tim peneliti Microsoft melakukan eksperimen 105-hari untuk memaksimalkan perlindungan kebocoran, dengan memastikan bahwa pusat data ditempatkan dalam wadah kedap air. Eksperimen ini berhasil: Microsoft menemukan bahwa ketahanan modul layanan terhadap air dapat dijamin di air laut.

Jadi pada tahap kedua, Microsoft mencoba untuk mendorong eksperimen tersebut dan meluncurkan proyek: "kirim data ke dasar laut" untuk melihat apakah data dapat disimpan dalam kondisi baik setelah beberapa tahun. Microsoft menempatkan pusat data dalam wadah baja tertutup, mengisinya dengan nitrogen, dan kemudian menggunakan kapal selam untuk mengangkut wadah tersebut ke laut.

Eksperimen ini didukung oleh Pusat Energi Kelautan Eropa (EMEC): EMEC tidak hanya memberikan keahlian dalam dukungan energi terbarukan, namun juga bertindak sebagai penasihat geografis di sekitar Orkney - EMEC bahkan menyediakan kabel bawah laut yang menghubungkan pusat data ke pantai.

Kapal selam yang membawa server ke laut dalam bernama Leona Philpot, karakter dari game Halo. Kapal itu berlayar menuju kegelapan Laut Utara dekat Ornik, Skotlandia.

Mengapa Orkney? Di satu sisi, karena Orkney merupakan pusat utama penelitian energi terbarukan, Pusat Energi Kelautan Eropa (EMEC) telah bereksperimen dengan energi pasang surut dan gelombang di sini selama 14 tahun. Di sisi lain, Orkney memiliki iklim dingin, yang membantu mengurangi biaya pendinginan pusat data.

Microsoft telah menempatkan pusat data kurang dari satu kilometer dari dasar laut dan memasang sensor lingkungan di dalam kompartemen putih bertekanan tinggi untuk memantau statusnya secara real-time. Pusat data dan lautan “sempurna”: kebutuhan listrik mereka ditangkap melalui kabel bawah laut, dan data siap dikirim ke dunia yang lebih luas di lepas pantai. Pada tahun 2018, pusat data Microsoft North Sea selesai dibangun: total server 864, memori 27,6 PB, untuk menguji kinerja, penyelaman mendalam selama dua tahun.

Faktanya, para peneliti sangat mengkhawatirkan kerusakan pusat data: begitu komputer di pusat data bawah air rusak, komputer tersebut tidak dapat diperbaiki. Untungnya, itu berhasil dengan baik. Pada bulan Agustus 2020, semua komputer berhasil diselamatkan – hanya delapan dari 800 komputer yang rusak, tingkat kegagalan yang lebih rendah dibandingkan pusat data di darat.

Bagaimana cara mencapai kerugian rendah? Para peneliti proyek tersebut berspekulasi bahwa, di satu sisi, cuaca dingin bertindak sebagai penyangga; Di sisi lain, nitrogen juga memainkan peran protektif. Singkatnya, uji skala kecil ini semakin memvalidasi kemungkinan dan nilai penyimpanan bawah laut. Peneliti proyek mengatakan bahwa proyek ini tidak hanya memiliki tingkat kegagalan yang rendah, tetapi seluruh pasokan listrik pusat data berasal dari energi angin dan matahari, sehingga memanfaatkan sumber daya alam secara maksimal.

Selain itu, sesuai dengan teori, biaya pengelolaan, biaya konstruksi, dan kerugian akibat bencana alam dan keadaan darurat lainnya pada pusat data bawah laut semuanya lebih rendah dibandingkan dengan pusat data darat.

Namun, ini hanyalah kemenangan sementara. Volume lebih dari 800 server jauh dari volume pusat data berbasis darat - lagipula, pusat data berbasis darat memiliki puluhan ribu server. Dalam arti tertentu, pusat data ini lebih bersifat eksperimental daripada praktis, dan dapat dikatakan sebagai proyek percontohan kecil untuk Microsoft. CEO Microsoft Satya Nadella mengatakan pusat data bawah air ini akan mereplikasi Project Natick di seluruh dunia.

Jika Microsoft ingin berhasil mempromosikan pusat data bawah laut, hal ini tidak dapat dilakukan tanpa mengatasi masalah sulit pada tahap ini:

Pertama, eksperimen Microsoft ditanggapi dengan banyak skeptisisme terhadap lingkungan. Ian Bitterlin, seorang profesor studi data, percaya bahwa panas yang dihasilkan oleh pusat data dapat mempengaruhi suhu air laut. Bagaimana membuktikan bahwa pusat data bawah laut tidak akan menyebabkan polusi yang lebih besar pada lingkungan Laut dan bagaimana menghindari kemungkinan risiko polusi perlu diselesaikan oleh tim Microsoft.

Kedua, kerusakan 8 server di lebih dari 800 server sepertinya bukan jumlah yang besar, namun begitu pusat data bawah laut dipromosikan, kerugiannya kemungkinan mencapai ratusan ribu unit, maka perlu dibangun pusat data bawah air yang sesuai. stasiun layanan pemeliharaan, serta solusi pemeliharaan peralatan lengkap.

Ketiga, seperti yang dikemukakan Ian Bitlin, pesisir bukanlah tempat terbaik untuk membangun pusat data - meskipun lalu lintas di pesisir jauh lebih tinggi dibandingkan di hutan belantara, namun masih belum seluas pusat data di kota besar. .

Tentu saja proyek Natick bukan sekadar pendongkrak pembangunan pusat data bawah laut. Meskipun pusat data bawah laut tidak dapat diperluas, eksperimen kreatif ini menawarkan pembelajaran berharga bagi industri pusat data.

Misalnya, ketika membangun pusat data bawah air di Kepulauan Ornik, tim terinspirasi oleh listrik yang disediakan oleh tenaga angin dan surya - para peneliti mengatakan bahwa di masa depan, mereka dapat mempertimbangkan untuk menerapkan pusat data bawah air dengan ladang angin lepas pantai, meminjam tenaga angin. energi untuk menyalakan pusat data, membunuh dua burung dengan satu batu, atau bahkan mengikat kabel listrik di darat ke kabel optik yang diperlukan untuk mengirimkan data.

Oleh karena itu, Microsoft mencari cara untuk mereplikasi manfaat model bawah laut ke dalam pusat data berbasis darat - seperti penggunaan server yang rendah dan keamanan yang tinggi.

Project Natick memiliki potensi untuk merevolusi penerapan pusat data, memberikan fleksibilitas, konstruksi cepat, dan penskalaan yang efisien. Meskipun Microsoft ingin mereplikasi keberhasilan Project Natick secara global, tantangannya mencakup permasalahan lingkungan dan kebutuhan akan stasiun pemeliharaan bawah air jika terjadi penyebaran secara luas. Eksperimen Microsoft tidak hanya mendorong batas-batas teknologi namun juga menawarkan wawasan berharga bagi seluruh industri. Pendekatan inovatif Microsoft, baik berhasil atau tidak, menandakan langkah maju yang signifikan dalam industri pusat data.