導入
水中データセンターの概念がマイクロソフトの 2014 年の社内ブレーンストーミング セッションである ThinkWeek 中に生まれたことを知っている人はほとんどいません。 海軍潜水艦の操縦経験を持つ職員が提案した。 マイクロソフトは初期実験を実施し、データセンターを 5 か月間水中に沈め、有望な結果をもたらしました。
最近では 2018 年に、マイクロソフトは 864 サーバーを満載し、27.6 ペタバイトのデータを保存できる潜水艦をスコットランド北東のオークニー諸島の海底に送りました。 2 年後の 2020 年 6 月、マイクロソフトは評価のためにそれを上陸させました。 その結果、海底データセンターはあらゆる面で従来のデータセンターよりも優れたパフォーマンスを発揮し、水中での故障率は陸上の8分の1であることがわかりました。
なぜマイクロソフトは自社のデータセンターを海中に設置するのでしょうか? 試験運用後、海底データセンターの建設を大規模に推進できるのか？
Microsoft が水中データセンターを選ぶ理由
答えは簡単です。利用可能なリソースを最大限に活用することです。 同時に、陸上データセンターの多くの欠点も解決します。
まず、海底データ センターはより安全で安定しています。データ センターは繊細で、非常に高度なコンポーネントで満たされており、温度変化、酸素腐食、さらには損傷した部品を交換する際の衝突によって損傷する可能性があります。 しかし、温度を制御でき、酸素と水蒸気を抽出でき、人間の干渉を隔離できる真空環境では、データセンターのセキュリティと安定性が大幅に向上します。
海中は間違いなく理想的なデータ ソースです。陸上の酸素や水蒸気から隔離されているだけでなく、人間の干渉にも終止符を打つことができます。
次に、最も重要なことですが、海水冷却サーバーには独自の利点があり、陸上のデータセンターでは冷却に大きな出費がかかります。 公開データによると、データセンターの年間電気代の 41% が冷却に使用されており、世界中のデータセンターの年間電力消費量は世界の総電力量の約 2% を占めています。 中でもエネルギー消費コストはIT業界全体の30～50％を占めています。
なぜ冷房はそんなに高価なのでしょうか？ 実際、陸上のデータセンターでは通常、データを冷却する方法が 2 つあります。1 つは機械冷却を使用する方法、つまり強力な空調システムでサーバーを冷却する方法ですが、この冷却方法は毎晩大量の電力を消費する必要があります。日がかかり、費用は高額でした。
もう1つは、空気と水の蒸発によってサーバーを冷却することです。 この天性の方法は、前者に比べてコストがはるかに低いが、完成度や冷却の質が外気温や水の状態で決まり、人間の操作性が低すぎるという欠点もある。
より高い熱容量を持つ海水は、データセンターで生成された過剰な熱を蓄えることができます。データセンターの熱を周囲の海水に伝達するために必要なのは、いわば、次の 2 つの従来の冷却方法を組み合わせた熱交換器だけです。そして天然資源の自由な利用。
第三に、沿岸部の人口密度が高く、データ伝送が高速で、クラウド コンピューティングの効率が高いです。土地と運用コストを節約するために、従来のデータ センターは通常、人口の少ない遠隔地を選択します。これは、データ伝送が遅すぎたり、データ伝送速度が遅すぎたりすることに直接つながります。大幅な遅れ。 海底データセンターは異なります。
世界人口の約 50% が海岸線から 150 キロメートル以内に住んでいます。 データセンターを海中に建設すればコストも抑えられ、住宅地にも近いので一石二鳥だ。
さらに、他にも多くの利点があります。
たとえば、海の潮汐エネルギーを利用して、海洋でカーボンニュートラルな電力を得ることができます。 海底帯域幅をパイプライン経由で接続し、データ伝送を高速化できます。 海底データセンターを構築する場合、従来の官僚的な手続きを回避できます。サーバーは組立ライン上の防水サイロに構築され、展開のために貨物船で海上に輸送されます。 Microsoft が述べているように、これらのサーバー ポッドは 90 日以内に展開できます。 一方、分散型データセンターの構築には 1 ～ 2 年かかります。
理論的には、海底データセンターには多くの利点がありますが、それを実現するのはどの程度難しいのでしょうか? -- Microsoft が最初の答えを持っています。
マイクロソフトのプロジェクト Natick と実際の構築
実際、マイクロソフトは 2015 年の時点で水中にデータ センターを構築する実現可能性の研究を開始し、プロジェクト Natick を立ち上げました。
2015 年の Natick プロジェクトの第 1 フェーズでは、マイクロソフトの研究チームが 105- 日間の実験を実施して、漏洩保護を最大限に高め、データセンターが防水コンテナ内に配置されていることを確認しました。 実験は成功しました。マイクロソフトは、サービス モジュールの耐水性が海水中で保証できることを発見しました。
そこでマイクロソフトは第2フェーズとして実験を進め、「データを海底に送信」して数年後にデータが良好な状態で保存できるかどうかを確認するプロジェクトを成功させようとしている。 マイクロソフトはデータセンターを密閉した鋼製コンテナに入れ、窒素を充填し、潜水艦を使ってコンテナを海に輸送しました。
この実験は欧州海洋エネルギーセンター (EMEC) の支援を受けました。EMEC は再生可能エネルギー支援の専門知識を提供しただけでなく、オークニー諸島周辺の地理顧問としても機能し、データセンターと海岸を接続する海底ケーブルも提供しました。
サーバーを深海に運ぶ潜水艦は、ゲーム Halo のキャラクター、レオナ フィルポットと呼ばれます。 船はスコットランドのオルニック近くの北海の暗闇の中を航海しました。
なぜオークニー諸島なのか？ 一方で、オークニー諸島は再生可能エネルギー研究の主要な中心地であるため、欧州海洋エネルギーセンター (EMEC) はここで 14 年間潮力と波力エネルギーの実験を行ってきました。 一方、オークニー諸島は寒冷な気候のため、データセンターの冷却コストの削減に役立ちます。
マイクロソフトはデータセンターを海底から 1 キロメートル以内に設置し、白い高圧区画内に環境センサーを設置してその状態をリアルタイムで監視しました。 データセンターと海洋は「シームレス」です。電力需要は海底ケーブルを介して取得され、データは海岸からより広い世界に容易に送信されます。 2018 年に Microsoft 北海データ センターが完成しました。合計 864 台のサーバー、27.6PB のメモリを備え、パフォーマンスをテストするために 2 年間にわたって徹底的に調査されました。
実際、研究者らが最も懸念しているのはデータセンターの損傷です。海底データセンターのコンピューターは一度故障すると修復できません。 幸いなことに、それはうまくいきました。 2020 年 8 月までに、すべてのコンピューターは 800 台以上の障害のうち 8 台だけがサルベージされ、陸上のデータセンターよりも障害率が低くなりました。
低損失を実現するにはどうすればよいでしょうか? このプロジェクトの研究者らは、一方では寒さが緩衝材として機能したのではないかと推測している。 一方で、窒素は保護的な役割も果たします。 つまり、この小規模なテストは海中貯蔵の可能性と価値をさらに検証するものです。 プロジェクトの研究者らによると、このプロジェクトは故障率が低いだけでなく、データセンターの電力供給はすべて風力と太陽エネルギーから来ており、天然資源を最大限に活用しているという。
また、その理論に沿って、海底データセンターは陸上データセンターに比べて、管理コスト、建設コスト、自然災害などの緊急時の損失がすべて低く抑えられます。
しかし、これは一時的な勝利にすぎません。 800 台を超えるサーバーという量は、陸上のデータ センターの量には遠く及びません。結局のところ、陸上のデータ センターには数万台のサーバーがあります。 ある意味、このデータセンターは実用的というよりは実験的であり、マイクロソフトにとっては小規模なパイロットプロジェクトと言える。 マイクロソフトの最高経営責任者（CEO）サティア・ナデラ氏は、この水中データセンターは世界中でプロジェクト・ナティックを再現すると述べた。
水中データセンターの課題と将来展望
Microsoft が海底データセンターの推進を成功させたいのであれば、この段階で次のような困難な問題を解決することが不可欠です。
まず、Microsoft の実験は環境問題に関して多くの懐疑的な見方を受けています。 データ研究のイアン・ビターリン教授は、データセンターから発生する熱が海水温に影響を与える可能性があると考えている。 海底データセンターが海洋環境にさらなる汚染を引き起こさないことを証明する方法と、起こり得る汚染リスクを回避する方法をマイクロソフト チームが解決する必要があります。
第二に、800 台を超えるサーバーのうち 8 台のサーバーの損傷は大きな数ではないようですが、海底データセンターが推進されると、損失は数十万台に達する可能性が高く、対応する水中データセンターを構築する必要があります。メンテナンス サービス ステーションだけでなく、完全な機器メンテナンス ソリューションも提供します。
第三に、イアン ビットリン氏が指摘しているように、海岸はデータ センターを建設するのに最適な場所ではありません。海岸の交通量は荒野よりもはるかに多いにもかかわらず、それでも大都市のデータ センターほど広範囲ではありません。 。
もちろん、Natick プロジェクトは海底データセンター建設を促進するだけではありません。 たとえ海底データセンターが拡張できなかったとしても、これらの創造的な実験はデータセンター業界に貴重な教訓を提供します。
たとえば、オルニク諸島に水中データセンターを建設する際、チームは風力と太陽光発電によって供給される電力にインスピレーションを受けました。研究者らは、将来的には風力を借りて、洋上風力発電所を備えた水中データセンターを導入することを検討できると述べました。データセンターに電力を供給するためのエネルギーを利用でき、一石二鳥、さらには陸上の電力線をデータ送信に必要な光ケーブルに結び付けることもできます。
その結果、Microsoft はサーバーの摩耗の軽減や高いセキュリティなど、海中モデルの利点を陸上のデータ センターに再現する方法を模索しています。
結論
Project Natick は、データセンター導入に革命をもたらし、柔軟性、迅速な構築、効率的な拡張を実現する可能性を秘めています。 Microsoft は、Project Natick の成功を世界規模で再現することを構想していますが、環境への懸念や、広範囲に展開した場合の水中メンテナンス ステーションの必要性などの課題があります。 Microsoft の実験は、テクノロジーの限界を押し広げるだけでなく、業界全体に貴重な洞察を提供します。 Microsoft の革新的なアプローチは、成功するかどうかにかかわらず、データセンター業界における重要な前進を意味します。