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数据中心海底建设:科技为海洋加添利器,海洋经济蔚蓝 数据中心海底建设:科技为海洋加添利器,海洋经济蔚蓝

时间:2022-09-22 17:02:21   来源:皇冠体育·(中国)官方app-通海慧光科技信息服务有限公司

数据中心海底建设,科技加海

撰稿:本报记者方琳琳策划:方琳琳、何毅

拉近数据中心与用户的距离,随时都是“硬实力”。将数据中心置于海中的想法极具创新性。海底数据中心的建设,对于解决需求增长与有限扩张的矛盾,尤其是助力沿海地区快速发展的数字经济,具有深远的战略意义。

今年11月下旬至12月,全球首个商用海底数据中心数据舱及配套设备将作为海南自贸港数字化建设“新基建”创新示范工程。

一切都源于太平洋彼岸的微软。

2015 年,微软启动了 Project Natick,着手建设海底数据中心,以提高其能源效率和可靠性; 2018年,项目组在压力容器中部署了12864台服务器。服务器机架并将它们沉入苏格兰海岸附近的海床; 2020年9月,项目宣布成功验证…

微软的这项创新业务,深深吸引了海澜之创始人沉万秋。深耕海洋科技近20年,海兰德正在寻求转型发展的新方向。

向那片蓝天更进一步,是海洋强国追梦人的共同愿景。

2020年,沉万秋决定立即启动海底数据中心项目(以下简称UDC)的战略布局和技术攻关,并在深圳成立子皇冠体育·(中国)官方app-通海慧光科技信息服务有限公司海澜云,推进海底数据中心产业化。

即便一切从零开始,他们仍然给UDC研究团队一个艰巨的任务:核心数据实验舱的首次测试必须在2020年11月30日之前启动。

亲近海洋、探索海洋、开发海洋……当海洋经济与数字经济携手,一路走来,美好的事情就会成真。

谁在为数据中心寻找“新家”

作为数字经济的生产要素,数据必须具备处理数据的硬件。数据中心是由特定设备组成的全球协作网络,用于在 Internet 基础设施上传输、加速、显示、计算和存储数据信息。

2020年3月,我国将数据中心作为“新基建”六大重点之一,引导和鼓励各地建设数据中心。

李震,清华大学教授、博士生导师,自2005年获得博士学位以来,一直从事暖通空调、制冷、工业与建筑节能、数据中心制冷等方面的研究。接受科技日报记者采访,他给出了一组数据:从2005年到现在,数据中心的总能耗将在五年左右翻一番。

在国家政策引导和社会需求驱动下,我国数据中心数量快速增长。根据每个标准机架2.5kW承载功率统计,到2021年底,我国在用数据中心机架数量将达到520万个,年均复合增长率超过30%过去五年。

全球业务增长咨询皇冠体育·(中国)官方app-通海慧光科技信息服务有限公司 Frost & Sullivan 的分析表明,全球范围内持续的高水平技术部署将带来数据的激增,对数据处理和存储容量的需求将进一步增加。该机构预测,到2025年,全球数据中心市场投资将达到4321.4亿美元。

2021 年 3 月,美国国防部与微软签署了一项集成视觉现实增强系统的合同,合同价值高达 219 亿美元。据业内人士透露,出于国家安全考虑,该设备的相关云计算数据中心将建在海底,预计初始合同金额将超过5亿美元。

这也是微软自 2015 年启动海底数据中心项目以来的第一份商业合同。

国内首家研发出类似设备的海澜信介绍了他们这样研发的海底数据中心——它由岸台、海底光电复合电缆、海底变电站和海底数据舱组成。主体结构为罐体结构,电气设备和冷却系统布置在罐体内部,罐体顶部为海水冷却系统。

海蓝信刚起步时,除了微软的测试消息外,国内外鲜有相关技术发展的报道。在UDC团队的概念设计、原型测试和示范项目的密集开发过程中,已申请相关专利30余项,成为海底数据中心业务的先行者。

在上下游产业的共同努力下,海兰德已成为仅次于微软的全球第二家海底数据中心解决方案提供商。而且,与微软的方案相比,Hyland的方案解决了高海水温度地区的海水自然冷却问题。

最近,一则国际新闻揭开了另一家皇冠体育·(中国)官方app-通海慧光科技信息服务有限公司的面纱。一家名为 Subsea Cloud 的海底数据中心基础设施皇冠体育·(中国)官方app-通海慧光科技信息服务有限公司宣布了其三个海底数据中心项目。据悉,它计划在美国华盛顿安吉利斯港附近海域,水下约9米处部署一个长6米的集装箱吊舱。 Pod 可容纳 800 个服务器,并将逐步扩展到 100 个 Pod。舱。

为什么你的眼睛望向一望无际的海底

世界上一半以上的人口居住在离海岸近 200 公里的范围内。中国东部具有临海的地理优势,也聚集了全国45%以上的人口。

将数据中心置于海中的想法极具创新性。通过将数据中心放置在沿海城市附近的水下,数据传输距离短,可以实现快速流畅的网络服务。

一些对时延要求不高的业务,可以按照国家“东西计算”的政策,在西部数据中心处理。但是,如果未来沿海发达地区发展自动驾驶汽车等需要精准数据同步的产业,如果数据反馈时间再延长1毫秒,都可能带来严重后果。

因此,拉近数据中心与用户的距离,随时都是“硬实力”。海澜新联合创始人魏发军一直坚信,与沿海人口密集、土地有限的现实相比,利用丰富的海洋资源解决数据中心扩容受限的问题已经是必要的。

与传统的陆地数据中心相比,海底数据中心有哪些优势?

“首当其冲的当然是节能减排!”李真解释说,因为海水是天然的“冷源”,相当于“免费空调”,而海水是用来“给对制冷系统要求高的数据中心降温”。 ”,可以在很大程度上节省能源。

他为记者算了一笔省电——

在传统的数据中心中,大约 1/3 的电力消耗在为数据中心降温的空调系统中。如果一个同样体积的海底数据中心消耗电力进行冷却,它只需要大约总电力消耗的1/10。

另一种算法 -

目前,全国数据中心每年的用电量约为2500亿千瓦时,其中约800亿千瓦时用于数据中心的环境降温。如果在海底放置一个同样大小的数据中心,制冷所消耗的电量,如果有更多的盈余,按300亿度计算,那么一年可以节省500亿度电,相当于减少了燃烧1500万吨标准煤,减排效果明显。

当然,这是理论上的状态。实际测试数据结果如何?

2020年11月,UDC研究团队设计的首台样机如期完成了珠海的首次小试。三个月的实验数据显示,单舱能耗指标的PUE值仅为1.076。远低于2021年全国数据中心平均能耗指数PUE值——1.49。目前,国家发改委、工信部等要求新建数据中心的PUE值必须降到1.3以下。如果海底数据中心的市场渗透率达到10%,与传统陆地数据中心使用火电相比,预计2025年我国可减少碳排放约113万吨。

除了省电,节水也是一大优势。

海底数据中心没有冷却塔,可以节省大量的水。一个20MW功率的数据中心,每年节水60万多立方米。按照10%的市场渗透率,预计2025年我国可减少淡水消耗5700万吨以上。

“建设海底数据中心对于解决需求增长与扩张有限的矛盾具有深远的战略意义,尤其是在沿海地区快速发展的数字经济中。”看到这些优势,在 2020 年第一个开发计划出样机的时候,李真欣然接受了邀请,同时也迎来了为数据中心设计全新散热系统的挑战。

用电柜“埋”在海里,安全可靠吗?

把数据中心放在海底本身就具有很大的颠覆性。

许多人首先想到的是,有源设备绝不能接触水。数据中心的机舱里堆满了一刻都离不开电的服务器。皇冠体育·(中国)官方app-通海慧光科技信息服务有限公司如何确保海水不会淹没它?即便有特殊密封的外壳保护得很好,海底的生物系统也是复杂多样的,生物污损和海水腐蚀的问题也摆在了前面。

就算以上两件事都做好了,如果这么多机柜的软硬件都需要维护和更换,是不是需要人去海底,还是要把数据舱吊回水面呢?

质疑点就是创新点,也是设计路径和解决方案的重点。

UDC研究团队直接面临三大难题,一是密封的安全性,二是抗粘连和腐蚀的能力,三是长期无人维护。

从哪儿开始?让皇冠体育·(中国)官方app-通海慧光科技信息服务有限公司从密封安全开始。

UDC研究团队找到了当时还在上海交通大学的胡勇教授。他是“蛟龙”号载人潜水器结构系统的总设计师。

相比潜水5000米和潜水50米,乍一看,似乎后者更容易。

“这样想是不对的!其实,对于密封性来说,深海的压力是很高的,只要结构和材料符合要求,就可以利用压力来达到更好的密封效果。但是,在深海中的外部压力是很大的。”浅海面积小,外壳的设计也要考虑到制冷设备和各种商业需求,尤其是浅海生物系统比深海复杂,生物结垢和腐蚀破坏更严重,一定程度上,难度更大。”全程参与UDC项目技术攻关的工程师荣荣解释道。

胡勇在接受记者采访时,回忆了自己前期参与数据中心开发过程中提出的“解决问题”的思路——外壳的密封是一方面,以及长期耐用性、耐腐蚀性、后期维护、设备等。安装过程必须同时考虑。

从这个角度来看,设计一个海底数据中心绝对是一个系统工程。

找准切入点融合创新快速进步

深圳海澜云总经理苏洋直言,外壳的设计需要综合考虑全过程的使用。为确保海底数据中心与传统数据中心的相对优势,首先需要对其使用过程、维护保障过程、全生命周期节能指标预算等进行分析论证,并进行对比分析。现有陆上数据中心的成本效益。

同时,提前考虑部署方案、供电方案、设备安装方案、中期维护方案等相关技术路线的不确定性,因为这些变数会极大地影响整体技术方案的最终实施效果.

这些对于常年与海洋打交道的UDC研究团队的工程师们来说并不难。

20年来,他们积累了大量原创的海洋技术技术,如本土海底智能监控技术、本土高智能配电技术、高可靠海底连接技术等。他们还拥有一批全球化的技术研发团队,以及高校、研究所、央企等各个领域的高水平专家智库和合作者。

苏洋认为,要解决复杂的问题,最重要的是要找到切入点,“先从节能指标入手”。

胡勇表示,要实事求是,根据实际情况确定最合理的水下冷却系统方案。

这样一来,冷却系统解决方案就成为了最重要的先决条件。

仅仅依靠海水自然冷却机舱显然是不切实际的。它与苏格兰水域的微软测试站点完全不同。我国东南沿海海水温度较高。 “如果你要完全按照微软使用海水对机舱进行自然冷却,你需要设计一个非常大的结构来实现泵循环冷却。” .苏洋、胡勇和李真同时拒绝了这个想法。正因为如此,结构会比较复杂,不符合外壳选材的要求,既要满足安全又要节约成本。因此,在设计最终的壳结构时,采用了混合结构。

所谓混合式结构,就是将机柜级分体式制冷系统和机舱内外的外热循环系统同步安装,保证机舱内工作温度适宜,散热效果达标。这是UDC研究团队与李真教授团队共同研发的UDC原生柔性制冷技术。

与现有技术中的冷却系统相比,UDC创新解决方案实现了海水的完全自然冷却,无需安装冷水机和冷却塔,也节省了相关的制造和维护成本。

因此,与微软在北极圈寒冷水域的测试相比,Hyland 的设计难度更大,测试结果更喜人——其技术指标与微软不相上下,尤其是 1.076 的 PUE 值。世界先进水平。海底数据中心核心数据舱的节能降耗能力得到充分证实。

抗生物污染和海水腐蚀实际上是一个世界性的问题。 UDC研究团队与胡勇团队共同研发了浅水区抗生物污损技术,解决了热带海域海底生物污损甚至腐蚀问题。

更重要的是,专业环评机构给出的环评报告显示,该方案仅在海流以下3米范围内产生不到0.2度的温升,对海洋环境非常友好。

科技兴海,海洋经济蔚蓝

攻克了核心服务器密封舱的大型水下结构,然后以标准化模块的形式布置在海床上,利用海底复合电力光通信电缆将数据传回岸站。这样就完成了海底数据中心的全流程设计和部署。

那么,政府和市场如何看待这个新兴产业呢?

2021年底以来,国家发展改革委、工业和信息化部等部门先后印发《实施碳中和目标推进数据中心绿色高质量发展实施方案》 5G等新型基础设施”和“工业绿色发展十四五”规划。 ”等,鼓励开发利用河流、湖泊、海洋等优势资源,建设利用自然冷源散热的数据中心,充分发挥气候、水文等自然条件的自然优势。 、地形地貌,因地制宜推进数据中心节能降耗。

此外,海南、广东、山东三省提出的海洋经济发展“十四五”规划也提出要推进海底数据中心的研发和建设。

以海南省为例,海南岛是一个热带岛屿,其区域数据中心发展长期存在能源短缺、淡水和土地有限、气候环境高温高湿、高发等问题。台风。

未来,作为海南自由贸易港,根据其蓬勃发展的趋势,当地产业对数据中心的需求不可估量。海底数据中心的独特价值特征将更加突出。

“建设岸站、海底高压复合电缆、海底变电站和海底数据舱。一期部署100个数据舱,逐步建成以海底数据中心为核心的综合性海洋新技术产业园。”这是海南省“十四五”海洋经济发展规划中的具体描述。

中国电信海南分皇冠体育·(中国)官方app-通海慧光科技信息服务有限公司率先“尝鲜”。 2021年5月,海澜信与海南电信合作开展第二次样机试验,数据舱承载海南电信实际数据业务。据公开报道,此次测试邀请了中国信息通信研究院全程跟踪。测试结果表明,海底数据中心可以承载对抖动敏感、交互性强的业务。

将于今年11月下旬或12月下海的海底数据中心数据舱是全球首个商用海底数据中心的核心设备。

这一举措也标志着海南海底数据中心整体三期工程一期示范工程正式开工。

据苏洋介绍,该项目一期客户包括海南电信、商汤科技、光环新网和ATLAS(新加坡),代表电信运营商、人工智能、第三方数据中心运营商、WEB3.0等不同应用场景。 .第二阶段将重点发展领先的互联网和超级计算客户。

记者观察到,海底数据中心的发展具有绿色、低碳、零耗水、安全、可靠、少维护等多重含义。这是一个逐渐显现的明显优势。

但是,如果一个行业不能形成强大的辐射效应,这个行业就会不可持续,或者会被孤立。

苏洋答应了。他表示,之所以跑上海底数据中心的创新之路,是因为这个行业还可以推动信息技术与海洋技术的交叉创新。

更值得期待的是,通过海洋新能源、海洋牧场、滨海旅游等的融合发展,还可以形成以海底数据中心为核心的综合性海洋新技术产业集群。为海洋经济和数字经济带的发展持续贡献力量。来蓝新动能。