作為Natick項目的第二階段，微軟利用潛艇技術(shù)與海洋能源的領(lǐng)導者合作，開發(fā)出自給自足的新型水下數(shù)據(jù)中心，從而為沿海城市提供閃電般快速的云服務。微軟近日宣布，其海底數(shù)據(jù)中心正在英國蘇格蘭奧克尼群島附近的海底負載試運行。

Natick項目的北部島嶼數(shù)據(jù)中心在蘇格蘭奧克尼群島沿岸下沉到117尺深的巖板海床，實現(xiàn)完全淹沒。微軟的Natick項目是一項歷時一年的研究工作，旨在調(diào)查制造、可持續(xù)運營、預先打包的數(shù)據(jù)中心單元的可行性，這些數(shù)據(jù)單元可以根據(jù)尺寸來訂購、也可以快速部署在海底默默地運行多年。照片由微軟提供

在歐洲海洋能源中心部署北部島嶼數(shù)據(jù)中心，是微軟Natick項目的又一里程碑。這個為期多年的研究項目旨在探索環(huán)境可持續(xù)型預裝數(shù)據(jù)中心的制造和運維方法，使其可以按尺寸定制、快速部署并在海底長期運行。

微軟人工智能與研究事業(yè)部副總裁兼微軟新體驗與新技術(shù)（NExT）事業(yè)部負責人Peter Lee表示：“雖然這是一系列瘋狂的想法，但Natick項目正在不斷把它們變成現(xiàn)實。“

這是一個被微軟首席執(zhí)行官薩提亞·納德拉（Satya Nadella）形容成堪比 “登月計劃”的項目，它甚至可以變革微軟的業(yè)務核心，乃至整個計算機技術(shù)行業(yè)。Natick項目是一個突破性的想法，可以滿足人口密集地區(qū)對云計算基礎(chǔ)設(shè)施的大量需求。

世界上有一半以上的人口生活在海岸120英里以內(nèi)的區(qū)域內(nèi)。通過在沿海城市附近的水域中部署數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)可以在很短的距離內(nèi)到達沿海社區(qū)，從而支持快速流暢的上網(wǎng)、視頻直播、游戲以及其他基于人工智能技術(shù)的體驗。

Peter Lee表示：“為了實現(xiàn)真正的人工智能，我們現(xiàn)在非常依賴云計算。如果我們每個人都可以在同一個網(wǎng)絡環(huán)境中，那么這不僅有利于我們的產(chǎn)品，也將使我們客戶所服務的產(chǎn)品獲益。”

Spencer Fowers是微軟特別項目研究團隊的高級技術(shù)人員，他正在為Natick項目位于英國蘇格蘭奧克尼群島的北部島嶼數(shù)據(jù)中心做準備。數(shù)據(jù)中心將被固定在一個填滿壓艙重物的海底三角基座上。圖片：Scott Eklund/Red Box Pictures。

從法國到蘇格蘭

Natick項目在40英尺長的北部島嶼數(shù)據(jù)中心裝載了12個機架，其中包含864臺服務器以及相關(guān)冷卻系統(tǒng)設(shè)施。數(shù)據(jù)中心在法國進行封裝和檢測，然后用一輛平板卡車運往蘇格蘭。在蘇格蘭，數(shù)據(jù)中心被固定在一個填滿壓艙重物的三角形基座上，以便部署在海床上。

部署當天，風平浪靜，海面上籠罩著一層濃霧。領(lǐng)導Natick團隊的微軟研究部門特別項目組項目經(jīng)理 Ben Cutler說：“對我們來說，這是個完美的天氣。”

數(shù)據(jù)中心被拖到海面上，部分被海水淹沒，由一艘工業(yè)雙體船式的龍門駁船之間的絞盤和起重機吊起。在部署地點，一輛遙控操作的車輛從海底取回一根包含光纖和電力線路的電纜，將其帶到海面上進行檢查并連接到數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心由此開啟。

Cutler說：“隨著這些風險的消除，人們終于松了一口氣”。就在這時，最后一縷霧散了。

當天最復雜的任務是一點一點把數(shù)據(jù)中心和電纜下沉到117英尺深的巖質(zhì)海床上。船員們使用了10臺絞車、一輛起重機、一艘龍門駁船和一輛遠程操作汽車，配合數(shù)據(jù)中心的部署工作。

Cutler說：“一天中最令人高興的時刻就是，數(shù)據(jù)中心按照大家精心設(shè)計的路線，徐徐沉入海面。”一旦數(shù)據(jù)中心到達海底，鐐銬就會被松開，絞索會被拖到海面上，北部島嶼數(shù)據(jù)中心的運營控制權(quán)就會轉(zhuǎn)移到岸上。

從海底數(shù)據(jù)中心的部署、運營乃至最終恢復中學到的一切經(jīng)驗教訓，都將使研究人員能夠根據(jù)實際運營水下的現(xiàn)實情況來對比他們的期望值。

微軟Natick項目團隊聚集在一艘系在蘇格蘭奧克尼群島碼頭的駁船上，為海底部署北部群島的數(shù)據(jù)中心做準備。圖片中從左到右依次是：高級研發(fā)工程師Mike Shepperd、高級軟件工程師Sam Ogden、高級技術(shù)人員Spencer Fowers、研究員Eric Peterson、項目經(jīng)理Ben Cutler。圖片來源：Scott Eklund/Red Box Pictures。

可再生能源供電

北部群島是Natick項目的后續(xù)章節(jié)，它講述了一個關(guān)于“研究是否有可能使用現(xiàn)有物流供應鏈，向世界任何地方（乃至條件最惡劣的海域）運輸并快速部署模塊化數(shù)據(jù)中心”的故事。

Cutler說：“我們知道，如果我們能把某個東西放在這里，并使它存活下來，那么我們就能把東西放在任何我們想去的地方。”

歐洲海洋能源中心是實驗潮汐能渦輪機和波浪能轉(zhuǎn)換器的試驗場，它們通過海水運動產(chǎn)生電能。那里的潮汐流最高強度可達到每小時9英里，海面上經(jīng)常翻騰起10英尺高的海浪，風暴天氣下，海浪高達60英尺以上。

在岸上，風力渦輪機從農(nóng)民延綿不絕的農(nóng)田中拔地而起，太陽能板點綴著具有幾百年歷史的老房子的屋頂，產(chǎn)生的電能足以為島上1萬居民提供100%的可再生能源。來自奧克尼島電網(wǎng)的一根電纜將電力輸送到數(shù)據(jù)中心，在滿負荷運轉(zhuǎn)的情況下，它只需不到250千瓦的電力。

風車是奧克尼群島的一道特殊的風景線，可再生能源技術(shù)為島上的1萬居民提供了100%的電力。來自奧克尼島電網(wǎng)的一根電纜也為微軟位于海岸附近的北部島嶼數(shù)據(jù)中心提供電力。在那里，實驗性的潮汐能渦輪機和波浪能轉(zhuǎn)換器通過海水運動來發(fā)電。圖片：Scott Eklund/Red Box Pictures。

微軟云計算和企業(yè)事業(yè)部云基礎(chǔ)設(shè)施戰(zhàn)略與架構(gòu)總經(jīng)理Christian Belady解釋道，微軟希望數(shù)據(jù)中心可以做到電力自給自足，而將數(shù)據(jù)中心建在海洋可再生能源設(shè)施附近，只是這一愿景的第一步。

他指出，能源自給自足的數(shù)據(jù)中心可以部署在數(shù)據(jù)管道可及的任何地方。比如，數(shù)據(jù)中心可以為電力不穩(wěn)定的地區(qū)帶來Azure云服務，即使電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，也不再需要昂貴的備用發(fā)電機來維持網(wǎng)絡服務了。

Belady說：“我們的愿景是能夠根據(jù)客戶的需要，在地球上的任何角落迅速部署計算能力。”他長期倡導探索把數(shù)據(jù)中心與能源發(fā)電相結(jié)合的研究項目，以期簡化并加快云計算基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建。

互聯(lián)網(wǎng)的骨干

數(shù)據(jù)中心是互聯(lián)網(wǎng)的骨干，是云計算的物理云。基于此，客戶充分利用規(guī)模經(jīng)濟來安全地存儲和處理數(shù)據(jù)、訓練機器學習模型并運行人工智能算法。

隨著企業(yè)越來越多地把網(wǎng)絡和計算需求轉(zhuǎn)向云端，智能手機、機器人等各種智能設(shè)備進入人們的生活，整個計算行業(yè)對數(shù)據(jù)中心資源的需求正在呈指數(shù)級增長。

Cutler說：“這種指數(shù)增長曲線的出現(xiàn)，正是因為我們所期望構(gòu)建的數(shù)據(jù)中心還沒有被建造起來。” 他強調(diào)了構(gòu)建數(shù)據(jù)中心競爭中創(chuàng)新的重要性，數(shù)據(jù)中心正在迅速成為21世紀基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。

海底數(shù)據(jù)中心的概念最初是在一份白皮書中提出的，這份白皮書是微軟為鼓勵員工分享創(chuàng)新性想法的“ThinkWeek”活動提出的，希望可以利用海水冷卻服務器達到降低能耗的目的。Peter Lee的團隊對此很感興趣。在2014年7月啟動，Natick計劃僅僅12個月的時間完成了概念原型機的制作，并在在美國加州附近平靜的淺水區(qū)完成了部署。

經(jīng)過了105天在海底的平穩(wěn)運行，原型機在可行性上驗證了海底數(shù)據(jù)中心的設(shè)想。Natick項目團隊深受鼓舞，加快設(shè)計、制造并測試部署在蘇格蘭的全尺寸模塊。Cutler說，最新的版本將在免維護的情況下能夠運行高達5年。

Natick項目的北部島嶼數(shù)據(jù)中心被部分淹沒，并由一艘工業(yè)雙體船式的龍門駁船之間的絞車和起重機吊起。在部署地點，一個包含光纖和電力線路的電纜連接到微軟數(shù)據(jù)中心，隨后數(shù)據(jù)中心和電纜一點一點沉入117英尺深的海底。圖片：Scott Eklund/Red Box Pictures。

數(shù)據(jù)中心和潛艇的協(xié)同效應

Natick項目的第一階段表明，水下數(shù)據(jù)中心概念是可行的；第二階段的重點是研究這一概念在物流、環(huán)境和經(jīng)濟方面是否切實可行。

第二階段一開始，微軟團隊就知道，建造這種類似潛艇的數(shù)據(jù)中心需要外部專家的幫助。這就是微軟選擇與擁有400年歷史的法國海軍集團（Naval Group）合作的原因。該公司在工程、制造和維護軍用艦艇和潛艇以及海洋能源技術(shù)方面領(lǐng)先全球。

微軟團隊向海軍集團介紹了水下數(shù)據(jù)中心的通用規(guī)格，并讓該公司主導設(shè)計和制造部署在蘇格蘭的船。

海軍集團高級副總裁、首席技術(shù)官兼創(chuàng)新總監(jiān)Eric Papin說：“乍一看，我們認為數(shù)據(jù)中心和潛艇之間有很大的差距，但實際上它們有很多共通性。”

他指出，潛艇本質(zhì)上是大型壓力容器，為船舶管理以及其它根據(jù)電力、體積、重量、熱平衡和冷卻等嚴格要求進行集成的系統(tǒng)提供復雜的數(shù)據(jù)管理和處理基礎(chǔ)設(shè)施。

在法國布雷斯特的一個海軍基地，工程師們把微軟服務器的機架和相關(guān)冷卻系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施移入Natick項目的北部島嶼數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心的尺寸與船上、火車和卡車上的40英尺ISO集裝箱差不多。圖片：Frank Betermin。

潛艇技術(shù)

事實上，海軍集團為水下數(shù)據(jù)中心采用了一種通常用于冷卻潛艇的熱交換過程。該系統(tǒng)把海水直接通過12個服務器機架后面的散熱器輸送到海洋中。Natick項目第一階段的發(fā)現(xiàn)表明，來自數(shù)據(jù)中心的水迅速混合并消散在周圍的水流中。

微軟特別項目研究小組高級技術(shù)人員高Spencer Fowers表示，為了最大程度地利用現(xiàn)有的物流供應鏈來進行運輸，這個數(shù)據(jù)中心的尺寸被設(shè)計成與船舶、火車和卡車運輸中使用的集裝箱大致相當。

一旦數(shù)據(jù)中心被關(guān)閉，并在法國檢查所有系統(tǒng)后，該團隊就把數(shù)據(jù)中心裝載到一輛18輪卡車上，并將其送往奧克尼群島（包括渡口）。在蘇格蘭，這艘船安裝到一個填滿壓艙重物的三角形基座上，并被拖到海上，以便在龍門駁船上進行部署。

Fowers 說:“就像任何新車一樣，我們將大致檢查一番，以不同的速度運行發(fā)動機，以確保一切正常運轉(zhuǎn)。然后，一旦完全準備好了，我們就會找一兩個客戶，讓他們開始在我們的系統(tǒng)上進行部署。”

Spencer Fowers是微軟特別項目研究團隊的高級技術(shù)人員，他正在為Natick項目位于蘇格蘭奧克尼群島的北部島嶼數(shù)據(jù)中心做準備。數(shù)據(jù)中心被固定在一個填滿壓艙重物的三角形基座上。圖片：Scott Eklund/Red Box Pictures

應用研究

Natick項目團隊將在接下來的12個月里監(jiān)測并記錄數(shù)據(jù)中心的性能，密切關(guān)注從功耗、內(nèi)部濕度到聲音和溫度等各方面指標。

世界上深海的海水一直都很冷，能夠為人們提供隨時可用且免費的冷卻方式，而這正是陸地數(shù)據(jù)中心最大成本之一。水下數(shù)據(jù)中心還可以作為海洋可再生能源——如海上風力發(fā)電場或潮汐渦輪機——的固定承租方，從而讓這兩個行業(yè)同步發(fā)展。

目前， Natick項目是一個應用研究項目，致力于確定在人口密集區(qū)域周邊運營集裝箱式海底數(shù)據(jù)中心的經(jīng)濟可行性，為這個需求急劇增長的世界提供更便利、更經(jīng)濟、更快速、同時對環(huán)境更友好的云計算服務。

Peter Lee說：“當你在研究一個瘋狂想法的時候，你可能永遠無法實現(xiàn)它。只要肯去實踐，就已經(jīng)很棒了，無論如何，你學到了很多東西，在探索的道路上還會帶來意想不到的衍生品。不管海洋數(shù)據(jù)中心最終能否成功，我們都能從研究過程中學到很多東西。這個過程中我們了解到的關(guān)于磁盤故障、機架設(shè)計、冷卻系統(tǒng)機械工程等方面的知識都將對常規(guī)數(shù)據(jù)中心的建立和運營產(chǎn)生幫助。”

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