لم تعد مراكز البيانات المملة المصنوعة من الخرسانة المسلحة رواجًا ، حيث تحاول شركات تكنولوجيا المعلومات وضعها على الماء وتحت سطحه. هناك شائعات حول مراكز البيانات الفضائية - لم نتمكن من تجاوز هذه الظاهرة الجميلة من الناحية التكنولوجية.
أدى النمو السريع في الطلب على موارد الحوسبة إلى بناء عدد كبير من مراكز البيانات. تستهلك المعدات المثبتة فيها ميجاوات من الكهرباء وتولد الحرارة. كانت القضية الرئيسية هي كفاءة استخدام الطاقة ، والتي لم يفكر فيها أحد في فجر إنشاء المساكن: اليوم ، يقوم المهندسون بزيادة كثافة الطاقة لكل رف ، مما يقلل من PUE (نسبة إجمالي استهلاك الطاقة إلى استهلاك معدات تكنولوجيا المعلومات) ويشارك في الشامانية التكنولوجية الأخرى. قادة الصناعة يتطلعون بشكل متزايد نحو حلول مبتكرة. اليوم سنحاول معرفة ما هو أكثر في هذه العملية - الخيال أو الجنون.
مركز البيانات في الفضاء
تكلفة تسليم البضائع من هذا الكوكب مرتفعة ، مع توظيف موظفين مؤهلين لخدمة المعدات في المدار ستكون هناك مشاكل ، وسوف تنشأ صعوبات مع نقل البيانات - لا تسمح الاتصالات الساتلية بتحقيق وقت استجابة قصير مثل خطوط الألياف البصرية. توجد مشكلة في الإشعاع الفضائي الذي يجب حماية الأجهزة الإلكترونية الحساسة منه. الأمر المضحك هو أنه من الصعب استخدام الحرارة الناتجة عن تكنولوجيا المعلومات في الفضاء أكثر من الأرض. يسميها الهواة باردًا ، ولكن المساحة فارغة إلى حد ما ، باستثناء المحتوى الضئيل من الذرات المختلفة ، والإشعاع الكهرومغناطيسي ومجموعة متنوعة من الجزيئات الأولية. لا يوصل الفراغ الحرارة ، وبالتالي فإن الطريقة الوحيدة لتصريفه في البيئة الخارجية هي الإشعاع الكهرومغناطيسي ، أي المشعاعات الساخنة المسخنة التي ستتوهج في نطاق الأشعة تحت الحمراء.
ومع ذلك ، يقترح المتحمسون وضع مراكز البيانات في الفضاء ، على الرغم من أن السعة ميجاوات غير واردة. بين مستكشفي الفضاء هناك العديد من المؤيدين لنظرية المؤامرة - هناك رأي مفاده أن البيانات في المدار لن تكون متاحة للحكومات والزواحف الأخرى (يمكن أن نجادل حول الزواحف). في عام 2016 ، قطعت Cloud Constellation من لوس أنجلوس المستثمرين بشكل نشط ، ووعدت بحلول عام 2019 بوضع مجموعة كاملة من البيانات في المدار على شبكتها الخاصة من خوادم الأقمار الصناعية وسواتل الاتصالات. لقد حان الموعد النهائي بالفعل ، ولكن لا يوجد ذكر لمجموعة مدارية. هذا لم يمنع سحابة كوكبة من جمع 100 مليون دولار في عام 2018 .
يخطط StartX ConnectX لإطلاق شبكة فضائية لتخزين محافظ التشفير وغيرها من البيانات الخاصة خارج الكوكب ، وقد خصصت وكالة الفضاء البريطانية أكثر من 4 ملايين جنيه إسترليني لإنشاء حاسوب عملاق في الفضاء. من السابق لأوانه الحديث عن عوالم أخرى: بالكاد يرسل الجنس البشري تحقيقات تلقائية هناك ، ما هو نوع مركز البيانات؟ ولماذا يحتاجون إليها إذا كانت إشارة الراديو من المريخ إلى الأرض ، على سبيل المثال ، تمتد من 3 إلى 22 دقيقة ، وهذا يتوقف على الموقع النسبي للكواكب. يتم تقديم خيارات أقل جنونًا بشكل أساسي في مجال الاتصالات الفضائية ، ولكن مراكز البيانات خارج كوكب الأرض حتى الآن تظل رائعة ، إذا لم تحسب التوقعات غير المحققة من الشركات الناشئة.
على الماء وتحت الماء
سنذهب من البحر بدون الهواء إلى أعماق البحر: في الصيف الماضي ، بدأت Microsoft المرحلة الثانية من مشروع Natick ، الذي كان هدفه إنشاء مركز بيانات وحدات تحت الماء. تم إجراء تجارب على خوادم الغوص منذ عام 2013 ، وفي عام 2018 تم تخفيض نموذج أولي لحجم حاوية بحرية إلى أسفل ساحل اسكتلندا. أنه يحتوي على 12 رفوف التي يتم تثبيت 864 خوادم. يمكن أن يكون تجميع مراكز البيانات القوية من هذه الوحدات بالقرب من المدن الكبيرة أرخص (نظريًا) من الأرض. يتميز الماء بالتوصيل الحراري العالي والسعة الحرارية العالية ، وبالتالي يتم تبسيط مشكلة التبريد. مع قنوات نقل البيانات ، لا يُتوقع حدوث صعوبات أيضًا ، تم استخدام تقنية وضع خطوط الألياف البصرية البحرية منذ فترة طويلة.
يختبر المهندسون خوادم وأنظمة التبريد الخاصة بمشروع Natick في مجموعة Naval Group في فرنسا. الصورة: news.microsoft.com
بالإضافة إلى ذلك ، لدى Microsoft أفكار لاستخدام مصادر الطاقة المتجددة لتشغيل حمل تكنولوجيا المعلومات: توربينات المد والجزر ومحولات طاقة الأمواج وحتى توربينات الرياح المثبتة على الشاطئ. ليس بدون مشاكل: البحر رطب إلى حد ما ، والإلكترونيات لا تحب الرطوبة. من الواضح أن وحدات مركز البيانات يجب أن تكون ضيقة ومتسامحة مع الأخطاء ، وسوف يتعين عليها العمل دون صيانة لفترة طويلة. لمنع التآكل ، سيتم تعبئة الجزء الداخلي للحاويات بالنيتروجين.
الرجال من Google لا يغوصون عميقًا ، لكنهم يسبحون بثقة تامة. صحيح ، حتى الآن على شبكة الإنترنت: في الصور ومقاطع الفيديو. إن فكرة وضع مركز بيانات على متن السفينة ليست جديدة بشكل عام ، فقد ظهرت على شبكة الإنترنت منذ 10 سنوات في أشكال مختلفة ، حيث يقتصر شخص ما على قارب قبالة الساحل ، ويريد آخرون الإبحار في مياه محايدة حتى لا يواجهوا مشاكل مع قوانين البلدان المختلفة. يمكنك استدعاء شركة Nautilus Data Technologies من الولايات المتحدة الأمريكية ، والتي طورت نموذجًا أوليًا لمركز بيانات عائم. ظل مهندسو Google يتعاملون مع المشكلة لفترة طويلة ، ولكن بعد ذلك شعرت الشركة بالقلق من فكرة الرحلات البحرية. هذا لم يمنعها من تسجيل براءة اختراع لمركز بيانات يقودها الطائرات الورقية في الأمواج في عام 2017. يجب أن تولد هذه الأجهزة الأصلية الكهرباء أيضًا.
الفكرة الرئيسية هنا هي نفس فكرة خوادم الغوص - استخدام مياه البحر للتبريد. في الوقت نفسه ، تظل مراكز البيانات مخدومة ، وهي جيدة بشكل عام. من الصعب تحديد مدى وعود مثل هذه المشروعات ، لكنها قابلة للتنفيذ على المستوى الحالي للتنمية البشرية. يمكن استخدام مراكز البيانات العائمة ، على سبيل المثال ، في البلدان ذات المناخ البحري الدافئ ونقص الأراضي المخصصة للبناء. بالإضافة إلى ذلك ، هذه طريقة جيدة للتخلص من السفن القديمة.
Freecooling في القطب الشمالي
سنعود من أعماق البحار إلى الأرض ونلقي نظرة على مراكز البيانات الكلاسيكية. بالنظر إلى اتجاه زيادة كثافة الطاقة لكل رف ومغادرة شركات تكنولوجيا المعلومات الكبيرة في ما يسمى الحوسبة الفائقة ، أصبحت مشكلة تبديد الحرارة أكثر خطورة. إلى حد ما ، يمكن تقليله حسب الوضع ، مما يزيد من درجة مقبولة لمعدات تكنولوجيا المعلومات ، ولكن أداء البنية التحتية الهندسية التقليدية (التبريد وإمدادات الطاقة دون انقطاع) يمكن أن يستغرق ما بين 30 إلى 50 ٪ من استهلاك الطاقة في مركز البيانات. عنصر النفقات الرئيسي في نفس الوقت - باستخدام ضواغط تكييف الهواء القوية. سيكون قرارًا منطقيًا محاولة التخلي عنها جزئيًا على الأقل من خلال تطبيق أحد المخططات الحالية للتبريد المجاني (freecooling).
إذا لم تخوض في التفاصيل الفنية ، فهناك خياران: التبريد المباشر أحادي الدائرة لغرف الماكينة بهواء خارجي مع إعادة تدوير جزئي في فصل الشتاء ، بالإضافة إلى أنظمة الدائرة المزدوجة مع إعادة تدوير الهواء في غرف الماكينة وأجهزة الاسترداد. في الحالة الأولى ، يتم إطلاق الهواء الساخن من المناطق الساخنة في الجو ، ويتم تغذية الهواء النظيف من الشارع إلى المناطق الباردة. في بعض الأحيان ، يجب أيضًا تجفيفها أو ترطيبها ، وتتطلب المرشحات استبدالها بانتظام. إذا كان الجو باردًا للغاية في الخارج ، يتم تنشيط إعادة الدوران الجزئي.
يفترض المخطط الثاني وجود دائرتين مفتوحتين: يدور مركز البيانات في الداخل ، ويتم تزويد الهواء الخارجي للخارج. يحدث انتقال الحرارة في جهاز التجديد. قد يكون هناك أيضًا خيارات مختلفة ، وسوف نركز على الأكثر إثارة للاهتمام - المبادل الحراري الدوار ، والذي يسمى أيضًا نظام التبريد في كيوتو. مبدأ عملها بسيط للغاية: تدور العجلات المعدنية الضخمة ببطء وتنقل الحرارة من الدائرة الداخلية إلى الخارج.
لسوء الحظ ، لا يمكن استخدام التبريد المجاني على مدار السنة بسبب المتطلبات الصارمة لدرجات الحرارة الخارجية: إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة للغاية ، فسيتم تشغيل إعداد البرد الصناعي تلقائيًا. في المناطق الشمالية ، يسمح لك استخدام freecooling بإيقاف تشغيلها بنسبة تصل إلى 80٪ من الوقت ، إذا كنت تأخذ متوسط المؤشرات لهذا العام. يمكن لمبادلات الحرارة الدورانية الأكثر كفاءة تقليل حصة استهلاك الطاقة لنظام التبريد إلى 5-7٪ من إجمالي استهلاك مركز البيانات ، وهذه نتيجة ممتازة.
الخطوة المنطقية الأخرى هي نقل مراكز البيانات إلى خطوط العرض العالية. للأسف ، إنه يعمل جزئيًا فقط. لم تتجذر مراكز البيانات في القطب الشمالي بشكل خاص بسبب العدد الهائل من الصعوبات المرتبطة ببنائها وتشغيلها. في المناطق البعيدة عن الحضارة ، توجد مشاكل في قنوات التزويد بالطاقة والاتصال ، وكذلك مع توفر موظفين مؤهلين - قلة من المتخصصين مستعدون للذهاب لتحريف ذيول الدببة القطبية. الطريف في الأمر هو أن البرد المجاني في نظام freecooling قد يكون مكلفًا أيضًا بسبب الهواء الجاف جدًا. إذا لم يتم ترطيبها ، سوف تتراكم شحنة ثابتة ثابتة على المكونات الإلكترونية. بطبيعة الحال ، تحاول الشركات بناء مراكز البيانات في المناطق الشمالية ، لكنها لا تتسلق الجليد الجليدي ولا تزال تفضل حي المدن الكبرى.
نحن ندفئ المنزل ، وليس الجو
تم تصريف الحرارة الناتجة عن مراكز البيانات في الجو ، وعندما أصبح الكثير مفرط ، فكر الناس في استخدام منتج ثانوي لأغراض سلمية. فكرة استرداد الحرارة المفيدة واضحة ، لكن ليس من السهل إدراكها بسبب الطلب غير المستقر عليها ولعدة أسباب أخرى. بسبب ارتفاع درجة الحرارة في الشارع ، تنشأ معظم مشاكل التبريد في فصل الصيف ، وفي ذلك الوقت فقط ، يكون الطلب على الحرارة بين السكان ضئيلًا. ومع ذلك ، هناك الكثير من المشاريع المماثلة في الغرب ، واحدة منها أطلقتها ياندكس. يقوم مركز البيانات الخاص بها بتدفئة مدينة فنلندية صغيرة .
الملخص والاستنتاجات
إذا تجاهلنا الأفكار المرتفعة ، فإن إنشاء وتشغيل مركز البيانات هو رأس مال كبير وتكاليف تشغيل ترغب الشركة في خفضها. هنا نتجاهل فورًا الفكرة الكونية ، لأنها تتعارض مع تخفيض الإنفاق في المستقبل المنظور. المشاريع البحرية ممكنة ، لكنها لم تخرج بعد من المرحلة الجنينية. اتضح أن الطريقة الحقيقية الوحيدة لخفض التكاليف هي تحسين مراكز البيانات التقليدية. بادئ ذي بدء ، من خلال زيادة كفاءة استخدام الطاقة من خلال استخدام freecooling واستعادة الحرارة المفيدة. بالنسبة للسنوات القادمة ، هذا هو الاتجاه الرئيسي في تطوير بناء المساكن ، ومن ثم يمكن للعلماء والمهندسين أن يقدموا لنا شيئًا ليس بالمثل - الخيال العلمي يصبح أحيانًا حقيقة.