沖涼了！服務器洗上“海水澡”

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▲日前，海蘭信海底數據艙揭幕 （圖源：海蘭信微信公號）

入海抵消熱量

“它（海蘭信海底數據艙的PUE值）是比較靠前的，肯定排在第一梯隊。”清華大學教授李震告訴《中國科學報》，“目前PUE值低於1.1都算非常好的。”

服務器非常怕熱，尤其是大量服務器聚集在一起的時候，產生的熱量必須要及時疏散。

有統計數字顯示，一個數據中心每年的電力成本中，有41%都是用於制冷
，一旦數據中心由於散熱問題出現運行故障，後果不堪設想。

因此，如何降低服務器的成本，成了各大IT公司必須要考慮的問題。為降低數據中心PUE值，業界采取了多種方式，有的選擇建在深山溶洞、有的選擇建在高緯度地區。

2018年6月1日，微軟就將一個長約12米、直徑接近3米的圓柱形數據中心，沉入蘇格蘭東北部的奧克尼群島海底。這個裝置包裹著 864 台服務器，可以存儲 27.6PB 的數據。

海蘭信的選擇和微軟一樣，將數據中心沉入海底。因為將服務器放在水中後，可以利用水散熱性良好的特點，幫助服務器更好地散熱。

海蘭信的海底數據中心由岸站、海底光電複合纜、海底分電站及海底數據艙組成。

▲海底數據中心（UDC）部署場景 （圖源：海蘭信微信公號）

岸站通過複合海纜向海底分電站輸電，海底分電站進行高壓變電並實現智能化的設備配電，將產生的熱量通過冷卻系統散入海水中。

數據艙中的IT設備通過海底光電複合纜與岸站聯通，接入互聯網，進而實現數據的多種應用。

海底數據中心主體結構為罐體結構（數據艙），電氣設備、冷卻系統均布置在罐體內部，罐內充滿惰性氣體。

罐體頂部為海水冷卻系統，主要包括海水泵和過濾系統。冷卻系統利用管道將海水和熱管系統將服務器的熱量帶走，然後排回大海，與周圍水流融合冷卻。

該公司稱，每個數據艙設計值為490千瓦的IT負載，可以容納14個機櫃，每個機櫃負載35千瓦，相比傳統陸上數據中心功率密度提高5至7倍
。

海蘭信集團副總裁徐坦說：“數據分析進一步證明了海底數據中心的綜合優勢，包括低能耗、低建設成本、省地、無需消耗淡水、低時延、高可靠性以及模塊化生產，可快速部署。”

對海洋環境影響不大

清華大學傳熱與能源利用北京重點實驗室發布的《海蘭信海底數據中心能效測試報告》顯示，海底數據中心以海水為自然冷源，基於分離式熱管可實現在南方沿海高熱地區數據中心的高效冷卻。

經小試樣機實際入海運行測試，在海水溫度低於25℃時，可維持艙體環境溫度低於35℃，滿足服務器運行要求。

經小試樣機實際入海運行測試，海底數據中心PUE值可達1.076，達到世界先進數據中心能效水平
。

青島環海海洋工程勘察研究院出具的《海底數據中心海洋生態環境影響評估報告》認為，樣機對測試海域的海洋生態環境友好，出水口最高溫升僅2℃，且影響範圍僅為設備周邊，基本不會對海區內海洋生物產生負面影響。

“PUE值並非科學研究所用的嚴謹指標，但這個行業裏都在用，我們也就使用這一指標來衡量數據中心的能效水平。”李震解釋說，“PUE指能源使用效率，是人們投入數據中心的所有電能和消耗在IT設備上電能的比值。PUE的理想值是‘1’，PUE值越大，代表其能效越差，需要有更多電量投到額外的、不得不用的地方。”

數據中心運行會產生大量熱，通常需要用空調系統來冷卻、通風和除濕。

此外，還要有變壓器、配電系統、UPS等輔助設施，這些設備要消耗大量電能。為節能減排，不少企業選擇低溫環境部署數據中心，以減少機械制冷的損耗。

互聯網數據中心發布的《2019中國企業綠色計算與可持續發展研究報告》顯示，中國企業數據中心能源使用效率值有明顯改善，PUE值大於2.0的中國企業從2012年的34.6%下降到2019年的2%，但依然有85%的受訪企業數據中心的能源使用效率在1.5至2.0之間。

“目前數據中心的PUE值大多為1.3~1.5之間，海蘭信的海底數據艙PUE值為1.076，意思是投入1.076度電中，有0.076度消耗在輔助設備上。相比而言，這是個很低的數字。”李震說。

針對海底數據艙影響環境的問題，中國工程院院士、中國海洋大學副校長李華軍表示並未專門進行過研究，但“局部影響肯定會有”。

“實際上，任何海洋工程或設施裝置對環境都有影響。”李華軍說，“只不過從目前公布的數據看，海底數據艙的影響是局部的，人們也不會在海底部署太多這樣的數據艙，因此不會有太大的影響。”

提供一種新的可能

去年，在全球抗擊新冠肺炎疫情的背景下，數字經濟加速發展，數據中心建設也被中央正式列入新基建戰略。業內人士指出，數據中心既是新基建的重要組成部分，又是“新基建的基礎設施”。

隨著5G、工業互聯網、人工智能等為代表的數字技術融合發展，數據中心會更廣泛地帶動企業、資本等各方面的投入。

賽迪發布的《中國“新基建”發展研究報告》稱，到2025年，數據中心將占全球能耗的最大份額，高達33%。據統計，我國數據中心耗電量已連續8年以超過12%的速度增長。

2018年我國三峽發電量、上海市用電量、數據中心總用電量分別為1016億、1567億、1609億千瓦時。

其中數據中心總用電量已超過上海市，相當於1.6個三峽發電站
。《綠色數據中心白皮書》估計，2020年我國數據中心總用電量超過2900億千瓦時。

去年9月，微軟將兩年前沉入蘇格蘭奧克尼群島海底的數據艙打撈上來。

經過研究人員評估，其各方面的性能要優於傳統的數據中心，並且在水中的故障率是在陸地的八分之一。

微軟認為，更高的可靠性可能與數據中心沒有人類干擾、沒有氧氣被泵入有關。

微軟海底數據艙項目負責人Ben Cutler 表示，雖然服務器維修時要將數據艙升到海面上進行，比陸地上困難得多，但超低的故障率表明將數據中心沉入海底是可行的，而且是環保、經濟的解決方案。

“數據中心故障中，有70%是人為因素引起。海底數據艙恒溫、恒濕、恒壓、無氧、無塵，無人鼠侵害，避免了誘發因素。”徐坦說，“此外，海蘭信采取完善的監控系統以保障數據中心的安全運行，包括海底網監控系統、水下自主航行器、海面無人艇巡邏系統、海岸雷達監控系統，以及低空超輕型無人機系統等。”

由於經濟發展地域性特點，我國數據中心需求主要集中在東部、南部沿海城市群地帶，其地理上多處於中低緯度區域，年平均氣溫相對較高，不利於數據中心自然散熱，因此發展海洋水下數據艙、海底數據中心具有較大的潛在商業價值。

“利用外部空氣冷卻、水循環等自然冷卻是發展方向。但采用什麼冷卻方案，要考慮數據中心的規模、地理位置、環保要求等多種因素，采用新技術實現精准冷卻，節能減排。”

李震說，“海底數據中心技術的發展為這個行業的發展提供了一種新的可能。我國幅員遼闊，自然條件和經濟發展情況差別較大，企業可以根據自己的具體情況做出選擇。”

中國首個海底數據艙全景紀實

來源：中國科學報

審讀：孫世建