数据中心冷却：未来是在水下吗？
- 发布时间：2024/8/22 17:29:24
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在人工智能 (AI)、大数据和物联网技术的时代，我们比以往任何时候都更加紧密地联系在一起。支持这种连接的基础设施是数据中心——容纳服务器和系统的物理建筑，这些服务器和系统使我们保持在线。搜索引擎中输入的每个搜索查询和我们上传到社交媒体的每个图像都需要能源来保持这些数据中心的运行。
由于处理所有这些数据都需要大量能源，因此数据中心不能过热至关重要。这需要能耗极高的冷却基础设施。在过去十年中，有一种假设提出了将数据中心置于水下，使用海水保持其冷却的想法。本文将深入水下，以了解数据中心是什么、保持其冷却的挑战以及水下数据中心未来的可能性。
什么是数据中心？为什么它们很重要？
数据中心容纳服务器和存储系统，使我们的数字世界保持运转。它们确保我们的电子邮件发送给正确的人，保护公司免受在线攻击，并将我们的设备连接到智能手表、电视和汽车。如果没有数据中心，我们所知道的世界将不复存在。
根据国际能源署 (IEA) 的数据，目前全球有 8,000 多个数据中心，其中约 33% 位于美国，16% 位于欧洲，近 10% 位于中国。目前，北弗吉尼亚州拥有世界上容量最大的数据中心，可处理全球约三分之一的在线流量。
人工智能时代的数据需求
人工智能、加密货币和大型语言模型推动的信息和数据需求不断增长，大大增加了数据中心所需的电力。开发人工智能 (AI) 聊天机器人的公司竞争激烈，这些机器人可以翻译句子、帮助你做作业或让你的电子邮件听起来更专业。由于这些新工具在人工智能时代的使用，IEA 预测，与 2022 年相比，2026 年数据中心将额外需要 160 TWh 至 590 TWh 的电力，相当于在世界上再增加一个德国。
保持数据中心冷却需要大量能源
数据中心消耗大量电力来为设备供电。这会导致大量的热量浪费，需要对数据中心进行冷却以防止过热，而这个过程需要大量能源。
根据国际能源署的数据，数据中心的电力需求主要来自冷却系统和服务器本身，两者通常占总消耗量的 40%。其余 20% 由电源系统、存储设备和通信设备消耗。
目前，世界各地的数据中心使用两种主要的冷却方法：空气冷却和液体冷却。空气冷却的功能类似于我们家中的空调，并使用大量电力来使数据中心保持最佳温度。液体冷却使用液体冷却剂吸收数据中心设备中的热量，并且能耗明显较低，需要更少的水和电力来运行。
保持水下数据中心冷却
已经有许多技术旨在帮助数据中心减少冷却电力需求。 2016 年，谷歌利用机器学习(人工智能的一个分支)将数据中心降温所需的能源减少了 40%。另一项旨在寻找数据中心降温新方法的实验是微软的 Natick 项目，这是一个水下数据中心，于 2018 年沉入苏格兰海岸附近的海洋中。
案例研究：微软的 Project Natick——水下数据中心
2013 年，微软假设将数据中心置于水下可以降低冷却成本、提高施工效率，并为使用可再生能源提供可能性。2018 年，该公司在“Project Natick”第二阶段将一个长 12.2 米的防水钢制压力容器沉入苏格兰附近的北海海底。
实验结果令人鼓舞。水下数据中心的故障率仅为陆地数据中心的八分之一，电力 100% 来自风能和太阳能。总体而言，数据中心的建设效率显著提高，从工厂生产到投入运营仅需 90 天，而建造新数据中心则需要一到两年的时间。微软的水下数据中心实验为数据中心基础设施和创新冷却技术的未来展示了巨大的可能性。
数据中心如何在水下保持凉爽？
微软与一家法国潜艇公司合作建造了他们的实验性水下数据中心。该公司在建造潜艇方面拥有丰富的经验，潜艇与水下数据中心非常相似，是通常容纳计算机和数据处理系统并需要冷却的水下船只。该公司将用于冷却潜艇的冷却方法应用于数据中心项目。
为了在水下保持凉爽，数据中心将海水从海洋中引出，通过其 12 个服务器隔间的背面，再流回海洋。研究人员发现，这一过程产生的热量不会影响周围的水环境，水会立即消散到周围的水流中。
水下数据中心的优势
海洋广阔，为基础设施建设提供了充足的空间。我们已经利用美丽的海洋建设可再生能源基础设施、架设连接城市的桥梁以及在全球范围内运输货物。将这些宝贵的房地产用于安置数据中心以保持我们在陆地上的连接是合情合理的。水下数据中心在优化冷却方面的一些优势包括：
降低能源密集型冷却和降低成本
高效的施工时间和更便宜的基础设施
沿海地区拥有丰富的可再生能源(潮汐、风能、太阳能等)
将服务器放置在离居民更近的地方，让人们能够更快地获得网络连接
大量空间不需要在陆地上增加额外的基础设施，降低了自然灾害影响网络的风险
海底数据中心仍面临挑战
从微软的 Project Natick 等实验中，我们在过去十年中了解到，在将世界数据中心迁移到海洋之前，仍有一些挑战需要克服。这些挑战包括：
人类难以访问和维护水下服务器，需要开发先进的机器人技术
易受物理攻击
与需要大量水下电缆的电网的连接问题
藤壶和甲壳类动物的形成可能会影响水下数据中心的热量传递方式(也称为生物污垢)
易受海洋热浪的影响