Los aburridos centros de datos hechos de concreto reforzado ya no están de moda, las compañías de TI están tratando de colocarlos debajo y debajo del agua. Hay rumores sobre los centros de datos espaciales: no podríamos superar un fenómeno tan tecnológicamente hermoso.
El rápido crecimiento de la demanda de recursos informáticos ha llevado a la construcción de una gran cantidad de centros de datos. El equipo instalado en ellos consume megavatios de electricidad y genera calor. El problema principal era la eficiencia energética, que nadie pensó en los albores de la construcción de edificios: hoy en día, los ingenieros están aumentando la densidad de potencia por bastidor, reduciendo PUE (la relación del consumo total de energía con el consumo de equipos de TI) y se dedican a otro chamanismo tecnológico. Los líderes de la industria buscan cada vez más soluciones innovadoras. Hoy trataremos de descubrir qué hay más en este proceso: ficción o locura.
Centro de datos en el espacio
El costo de entregar bienes desde el planeta es alto, con la contratación de personal calificado para dar servicio al equipo en órbita habrá problemas, surgirán dificultades con la transmisión de datos: la comunicación por satélite no permite lograr un tiempo de respuesta tan corto como las líneas de fibra óptica. Existe un problema con la radiación espacial del que se deben proteger los equipos electrónicos sensibles. Lo curioso es que es más difícil utilizar el calor generado por el hierro de TI en el espacio que en la Tierra. Los aficionados lo llaman frío, pero el espacio está bastante vacío, excepto por el escaso contenido de diferentes átomos, la radiación electromagnética y una variedad de partículas elementales. El vacío no conduce calor, por lo tanto, la única forma de descargarlo en el entorno externo es la radiación electromagnética, es decir, enormes radiadores calentados que brillarán en el rango infrarrojo.
Sin embargo, los entusiastas sugieren colocar centros de datos en el espacio, aunque las capacidades de megavatios están fuera de discusión. Entre los exploradores espaciales hay muchos partidarios de la teoría de la conspiración: existe la opinión de que los datos en órbita no estarán disponibles para los gobiernos y otros reptilianos (argumentaríamos sobre los reptilianos). En 2016, Cloud Constellation de Los Ángeles cortó activamente a los inversores, prometiendo para 2019 colocar un petabyte completo de datos en órbita en su propia red de servidores satelitales y satélites de comunicación. La fecha límite ya ha llegado, pero no se menciona un grupo orbital. Esto no impidió que Cloud Constellation recaudara $ 100 millones en 2018 .
StartX ConnectX planea lanzar una red satelital para almacenar billeteras criptográficas y otros datos privados fuera del planeta, y la Agencia Espacial Británica ha asignado más de £ 4 millones para crear una supercomputadora de demostración en el espacio. Es demasiado pronto para hablar de otros mundos: la humanidad apenas envía sondas automáticas allí, ¿qué tipo de centro de datos es? ¿Y por qué son necesarios si la señal de radio de Marte a la Tierra, por ejemplo, va de 3 a 22 minutos, dependiendo de la posición relativa de los planetas? Se ofrecen opciones menos locas principalmente en el campo de las comunicaciones espaciales, pero hasta ahora los centros de datos extraterrestres siguen siendo fantásticos, si no se cuentan las proyecciones aún no realizadas de nuevas empresas.
En agua y debajo del agua
Bajaremos del mar sin aire a las profundidades del mar: el verano pasado, Microsoft comenzó la segunda fase del proyecto Natick , cuyo objetivo era crear un centro de datos subacuático modular. Los experimentos con servidores de buceo se han llevado a cabo desde 2013, y en 2018 un prototipo del tamaño de un contenedor marino se bajó al fondo de la costa de Escocia. Contiene 12 bastidores en los que se montan 864 servidores. Ensamblar poderosos centros de datos de tales módulos cerca de grandes ciudades puede ser más barato (en teoría) que en tierra. El agua se caracteriza por una alta conductividad térmica y alta capacidad térmica, por lo que el problema de enfriamiento se simplifica. Con los canales de transmisión de datos, tampoco se esperan dificultades, la tecnología para el tendido de líneas de fibra óptica marina se ha desarrollado durante mucho tiempo.
Los ingenieros prueban los servidores y sistemas de enfriamiento del Proyecto Natick en el Grupo Naval en Francia. Foto: news.microsoft.com
Además, Microsoft tiene ideas para utilizar fuentes de energía renovables para alimentar la carga de TI: turbinas de marea, convertidores de energía de las olas e incluso turbinas eólicas instaladas en la costa. No sin problemas: el mar está bastante húmedo y a la electrónica no le gusta la humedad. Está claro que los módulos del centro de datos deben ser ajustados y tolerantes a fallas, tendrán que trabajar sin mantenimiento durante mucho tiempo. Para evitar la corrosión, el interior de los contenedores se llenará de nitrógeno.
Los chicos de Google no se sumergen tan profundo, pero nadan con bastante confianza. Es cierto, hasta ahora en Internet: en imágenes y videos. La idea de colocar un centro de datos a bordo del barco no es nueva en general, ha estado apareciendo en Internet desde hace varios años. Alguien está confinado en una barcaza frente a la costa, otros quieren navegar en aguas neutrales para no tener problemas con las leyes de diferentes países. Puede recordar la compañía Nautilus Data Technologies de EE. UU., Que desarrolló un prototipo de un centro de datos flotante. Los ingenieros de Google han estado lidiando con el problema durante mucho tiempo, pero luego la corporación se enfureció por la idea de los viajes por mar. Esto no le impidió patentar un centro de datos impulsado por cometas en olas en 2017. Estos dispositivos originales también deben generar electricidad.
La idea principal aquí es casi la misma que la de los servidores de buceo: el uso de agua de mar para la refrigeración. Al mismo tiempo, los centros de datos permanecen atendidos, lo que en general es bastante bueno. Es difícil decir cuán prometedores son estos proyectos, pero son bastante factibles en el nivel actual de desarrollo humano. Los centros de datos flotantes se pueden usar, por ejemplo, en países con un clima marino cálido y falta de tierra para construir. Además, esta es una buena manera de deshacerse de los barcos viejos.
Freecooling en el Ártico
Regresaremos desde las profundidades marinas a tierra y echaremos un vistazo a los centros de datos clásicos. Dada la tendencia de aumentar la densidad de energía por rack y la salida de grandes corporaciones de TI en el llamado Computación en hiperescala, el problema con la disipación de calor es cada vez más grave. Hasta cierto punto, puede reducirse por el modo, aumentando el grado aceptable para los equipos de TI, pero el funcionamiento de la infraestructura de ingeniería tradicional (refrigeración y suministro de energía ininterrumpida) puede tomar del 30 al 50% del consumo de energía del centro de datos. El principal gasto al mismo tiempo: el uso de potentes compresores de aire acondicionado. Sería una decisión lógica tratar de abandonarlos al menos parcialmente aplicando uno de los esquemas existentes de enfriamiento gratuito (freecooling).
Si no profundiza en los detalles técnicos, hay dos opciones: enfriamiento directo de un solo circuito de las salas de máquinas con aire exterior con recirculación parcial en invierno, así como sistemas de doble circuito con recirculación de aire en las salas de máquinas y dispositivos de recuperación. En el primer caso, el aire calentado de las zonas calientes se libera a la atmósfera, y el aire limpio de la calle se alimenta a las zonas frías. A veces también debe secarse o humedecerse, y los filtros requieren un reemplazo regular. Si hace demasiado frío afuera, se activa la recirculación parcial.
El segundo esquema supone la presencia de dos circuitos abiertos: el centro de datos circula en el interior y el aire exterior se suministra al exterior. La transferencia de calor ocurre en un aparato regenerativo. También puede haber diferentes opciones, nos centraremos en lo más interesante: un intercambiador de calor rotativo, que también se llama el sistema de enfriamiento de Kyoto. El principio de su funcionamiento es muy simple: una rueda de metal masiva gira lentamente y transfiere calor del circuito interno al externo.
Desafortunadamente, el enfriamiento gratuito no se puede usar durante todo el año debido a los estrictos requisitos para la temperatura exterior: si es demasiado alto, el ajuste de frío artificial se enciende automáticamente. En las regiones del norte, el uso de freecooling le permite mantenerlas apagadas hasta el 80% del tiempo, si toma los indicadores promedio del año. Los intercambiadores de calor rotativos más eficientes pueden reducir la proporción del consumo de energía del sistema de enfriamiento a 5–7% del consumo total del centro de datos, y este es un excelente resultado.
Otro movimiento lógico es mover los centros de datos a altas latitudes. Por desgracia, solo funciona parcialmente. Los centros de datos en el Ártico no se arraigaron particularmente debido a la gran cantidad de dificultades asociadas con su construcción y operación. En regiones tan alejadas de la civilización, hay problemas con el suministro de energía y los canales de comunicación, así como con la disponibilidad de personal calificado; pocos especialistas están listos para torcer las colas de los osos polares. Lo curioso es que el enfriamiento gratuito en el sistema de enfriamiento gratuito también puede ser costoso debido al aire demasiado seco. Si no se humedece, se acumulará una fuerte carga estática en los componentes electrónicos. Por supuesto, las compañías están tratando de construir centros de datos en las regiones del norte, pero no se suben al hielo polar y aún prefieren el vecindario de las megaciudades.
Calentamos la casa, no el ambiente.
El calor generado por los centros de datos se descargó a la atmósfera, y cuando se volvió demasiado, la gente pensó en usar un subproducto con fines pacíficos. La idea de la recuperación de calor útil es obvia, pero no se realiza fácilmente debido a la demanda inestable de este y por una serie de otras razones. Debido a la alta temperatura en la calle, la mayoría de los problemas de enfriamiento surgen en el verano, y justo en ese momento, la demanda de calor entre la población es mínima. Sin embargo, hay muchos proyectos similares en Occidente, uno de ellos fue lanzado por Yandex. Su centro de datos está calentando una pequeña ciudad finlandesa .
Resumen y conclusiones
Si ignoramos las grandes ideas, la construcción y operación de un centro de datos es un gran capital y costos operativos que la empresa quisiera reducir. Aquí descartamos inmediatamente el tema cósmico, porque es incompatible con una reducción en el gasto en el futuro previsible. Los proyectos en alta mar son posibles, pero aún no han surgido de la etapa embrionaria. Resulta que la única forma real de reducir costos es mejorar los centros de datos tradicionales. En primer lugar, al aumentar su eficiencia energética mediante el uso de freecooling y la recuperación beneficiosa del calor. Para los próximos años, esta es la tendencia principal en el desarrollo de la construcción de viviendas, y luego los científicos e ingenieros pueden darnos algo no tan prosaico: la ciencia ficción a veces se convierte en realidad.