微軟為什麼要把資料中心搬到海裡?


(寫於2016年2月2日)微軟最近正在測試放置在海底的資料中心,希望未來能夠取代通常位於無人荒漠的這類設施。

50%的人們都住在靠海的地方,那何不把資料中心也建在海裡?

── Microsoft Wants to Build Data Centers Underwater

根據引文中的說法:

位於都市附近水下的資料中心,有可能可以改善諸如Netflix等服務鄰近數百萬居民的效能。

從前有個笑話,說「住在發電廠附近的人,用的電比較新鮮」,看起來跟這個說法有異曲同工之妙。以簡單的理論來說,以電路傳輸的東西,在30萬公里距離之內其實新鮮度不會有太大的差異;但如果列入中間的節點和傳輸品質,結果就可能很不一樣。

也就是說,都市附近的水下資料中心或許能夠有限度改善部分(原本確實因為地理因素而導致網路效能不佳)地區的服務效能;但除非有證據證明地理因素和效能之間的直接關係、或是特定地區是因為網路節點問題導致傳輸狀況不理想,否則效能並不會是主要理由。

撇開報導中所宣稱的考量點和成功因素來說,水下資料中心的重點應該是以下這些:

配置

根據微軟在報導中一再強調的「50%的人們(編按:美國人?)都住在靠海的地方,那何不把資料中心也建在海裡?」來看,縮短和服務對象的距離是重點之一,但關鍵並不全然在於「新鮮」,而是在於建置成本。

無論資料中心建在何處,除了環保考量之外,同樣必要的條件是健全的網路架構、穩定的電源供應、以及管理人員的派遣;而跟蓋在沙漠中的資料中心相較,海邊(=人口密集區)離這些條件都近得多、除了土地之外的建構成本也低得多。

有些建在荒僻地方的資料中心,甚至還得蓋自己的發電廠、工作人員小鎮、而且還是得先解決傳輸節點造成的潛在效能問題。

分散成本

而且,因為必須建在都市附近的海中,所以體積原本就不能太大(或許以後會有佔地數十畝的海底資料中心,但目前還不知道);所以,過去一個大型陸地資料中心的任務,可能會分散給幾個、甚至幾十個海底資料中心來負擔。

如果實驗成功,海底資料中心由於相對較不需要擔心環境差異、而且體積較小(初期必須限制在一般運輸船艦可以吊掛投放的程度),所以能夠以模組化方式大量生產;再加上引文中提到的「建構只要90天,而非傳統資料中心的2年」,所以在同樣的工作能量之下,成本會遠低於傳統的「建築物」式作法。

此外,由於海底資料中心理論上是無人控管、而且自給自足的設備,所以除了必須慎選地點之外,在環保方面的考量(=成本)也少於傳統資料中心,必要時也可以在短時間內撤除。

所以如果再考慮土地取得、地方就業、法規遵循、地點選擇、環境評估和許可、以及省下各中心獨立設計規劃的時間,成本方面的差異就更明顯了。

最後需要考慮的,還有必須除役或移動時的成本:當設施因為老舊、土地租約到期、政策改變、或是其他緣故需要移除時,往往必須花費另外一筆高成本(有時候甚至可能除役費用比建構還貴)。但如果是無人的放置式設備,就幾乎完全沒有這個問題。

水下運作

理論上,將資料中心蓋在水下的冷卻效果會比在陸地上好(至少比蓋在沙漠好),但如果要引用海水進入設施作為冷卻媒介,可能會讓原本體積有限的設施構造變得複雜、更難以維護、而且可能產生更多噪音。

報導中提到微軟的測試設施放置在「離美國加州海岸1公里處的30呎(約10公尺)深水中」;根據筆者個人的水下活動經驗,這個深度的水溫通常在攝氏20至30度之間,相較於一般的循環淡水冷卻機構,並沒有太明顯的降溫效果(但確實比較不容易因為氣候因素而過熱),所以有些報導宣稱「水下資料中心的電腦永遠不會熱當」是言過其實的。

理論上如果將資料中心蓋在(例如)深度超過100公尺以下的海底,冷卻效果必定很好、而且環境考量也更少(0至30公尺深度是海洋生物較多的區域);但定在10公尺這個深度與投放地點的考量,很明顯必須包括以下這三個因素:

  1. 操作或維護人員到達的便利性,而且不能放在公海;
  2. 設施外殼的耐壓考量較低;
  3. 盡量避免潮汐、洋流、以及海面天候的影響;

而這幾點也都直接或間接與成本相關。

維護問題

如果一切順利,也取得了投放的許可、並且順利運作,接下來就是維護問題了。

為了可靠度、運轉噪音、耗電量、以及備載電量(設施內應該有類似UPS的備用電源)的考量,其中的儲存設備應該以SSD(固態磁碟)為主,而非相對容易故障的機械式硬碟,同時也必須有重複配置電源供應器、失效時自動恢復資料的陣列、遠端備份、甚至兩個小型資料中心重複配置的設定。

究竟如果要為了一顆壞掉的硬碟或電源供應器,就要人員在黑夜的風雨海浪中出動(設計情境)、再潛入海中(或是吊起來)更換,就完全失去了原本的意義了。

(事實上,考慮到水密性、結構強度與複雜度,小型版本應該不會有可以讓人進入內部的氣閘,有任何問題就是要吊起來修。)

理論上這種資料中心最好可以獨立運作至少一年半載,在發生部分組件故障時還能支持運作一兩個月,甚至在必要時可以將資料向外備份之後棄置(或無限期等待維修或回收)。

資料中心無所不在

雖然筆者認為目前微軟的研究多半仍屬於未來的成本考量、同時規避土地相關問題的商業決定;但往後人們對於資料中心的需求必定日增、而且資源取得也會逐漸困難,所以往使用自由度相對較高的海中(但也可以是地下、空中、月球、或是火星)探索新的可能性,仍然是合理的發展。

微軟表示,由於現有的原型機運作良好,所以明年將會有三倍尺寸的版本加入測試。

我想,微軟期待的應該遠超過目前看到的。所以或許再過幾年,我們就可以看到位於水下200公尺處、佔地數十畝、而且裡面常駐整組工作人員(並且庫存數箱綠色乖乖)的微軟資料中心。

但到時候也可能會有Google的地下資料中心、蘋果的太空資料中心、Amazon的高空氣球資料中心、以及Facebook的台灣資料中心了。

但到了那個時代,我們還會需要「資料中心」嗎?還是我們就生活在由每個人口袋裡的處理器組成的「母體」之中?

參考閱讀



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