在人工智能 (AI)、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的時(shí)代，我們比以往任何時(shí)候都更加緊密地聯(lián)系在一起。支持這種連接的基礎(chǔ)設(shè)施是數(shù)據(jù)中心——容納服務(wù)器和系統(tǒng)的物理建筑，這些服務(wù)器和系統(tǒng)使我們保持在線。搜索引擎中輸入的每個(gè)搜索查詢和我們上傳到社交媒體的每個(gè)圖像都需要能源來(lái)保持這些數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行。
由于處理所有這些數(shù)據(jù)都需要大量能源，因此數(shù)據(jù)中心不能過(guò)熱至關(guān)重要。這需要能耗極高的冷卻基礎(chǔ)設(shè)施。在過(guò)去十年中，有一種假設(shè)提出了將數(shù)據(jù)中心置于水下，使用海水保持其冷卻的想法。本文將深入水下，以了解數(shù)據(jù)中心是什么、保持其冷卻的挑戰(zhàn)以及水下數(shù)據(jù)中心未來(lái)的可能性。
什么是數(shù)據(jù)中心？為什么它們很重要？
數(shù)據(jù)中心容納服務(wù)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)，使我們的數(shù)字世界保持運(yùn)轉(zhuǎn)。它們確保我們的電子郵件發(fā)送給正確的人，保護(hù)公司免受在線攻擊，并將我們的設(shè)備連接到智能手表、電視和汽車。如果沒(méi)有數(shù)據(jù)中心，我們所知道的世界將不復(fù)存在。
根據(jù)國(guó)際能源署 (IEA) 的數(shù)據(jù)，目前全球有 8,000 多個(gè)數(shù)據(jù)中心，其中約 33% 位于美國(guó)，16% 位于歐洲，近 10% 位于中國(guó)。目前，北弗吉尼亞州擁有世界上容量最大的數(shù)據(jù)中心，可處理全球約三分之一的在線流量。
人工智能時(shí)代的數(shù)據(jù)需求
人工智能、加密貨幣和大型語(yǔ)言模型推動(dòng)的信息和數(shù)據(jù)需求不斷增長(zhǎng)，大大增加了數(shù)據(jù)中心所需的電力。開(kāi)發(fā)人工智能 (AI) 聊天機(jī)器人的公司競(jìng)爭(zhēng)激烈，這些機(jī)器人可以翻譯句子、幫助你做作業(yè)或讓你的電子郵件聽(tīng)起來(lái)更專業(yè)。由于這些新工具在人工智能時(shí)代的使用，IEA 預(yù)測(cè)，與 2022 年相比，2026 年數(shù)據(jù)中心將額外需要 160 TWh 至 590 TWh 的電力，相當(dāng)于在世界上再增加一個(gè)德國(guó)。
保持?jǐn)?shù)據(jù)中心冷卻需要大量能源
數(shù)據(jù)中心消耗大量電力來(lái)為設(shè)備供電。這會(huì)導(dǎo)致大量的熱量浪費(fèi)，需要對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行冷卻以防止過(guò)熱，而這個(gè)過(guò)程需要大量能源。
根據(jù)國(guó)際能源署的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心的電力需求主要來(lái)自冷卻系統(tǒng)和服務(wù)器本身，兩者通常占總消耗量的 40%。其余 20% 由電源系統(tǒng)、存儲(chǔ)設(shè)備和通信設(shè)備消耗。
目前，世界各地的數(shù)據(jù)中心使用兩種主要的冷卻方法：空氣冷卻和液體冷卻。空氣冷卻的功能類似于我們家中的空調(diào)，并使用大量電力來(lái)使數(shù)據(jù)中心保持最佳溫度。液體冷卻使用液體冷卻劑吸收數(shù)據(jù)中心設(shè)備中的熱量，并且能耗明顯較低，需要更少的水和電力來(lái)運(yùn)行。
保持水下數(shù)據(jù)中心冷卻
已經(jīng)有許多技術(shù)旨在幫助數(shù)據(jù)中心減少冷卻電力需求。 2016 年，谷歌利用機(jī)器學(xué)習(xí)(人工智能的一個(gè)分支)將數(shù)據(jù)中心降溫所需的能源減少了 40%。另一項(xiàng)旨在尋找數(shù)據(jù)中心降溫新方法的實(shí)驗(yàn)是微軟的 Natick 項(xiàng)目，這是一個(gè)水下數(shù)據(jù)中心，于 2018 年沉入蘇格蘭海岸附近的海洋中。
案例研究：微軟的 Project Natick——水下數(shù)據(jù)中心
2013 年，微軟假設(shè)將數(shù)據(jù)中心置于水下可以降低冷卻成本、提高施工效率，并為使用可再生能源提供可能性。2018 年，該公司在“Project Natick”第二階段將一個(gè)長(zhǎng) 12.2 米的防水鋼制壓力容器沉入蘇格蘭附近的北海海底。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人鼓舞。水下數(shù)據(jù)中心的故障率僅為陸地?cái)?shù)據(jù)中心的八分之一，電力 100% 來(lái)自風(fēng)能和太陽(yáng)能?？傮w而言，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)效率顯著提高，從工廠生產(chǎn)到投入運(yùn)營(yíng)僅需 90 天，而建造新數(shù)據(jù)中心則需要一到兩年的時(shí)間。微軟的水下數(shù)據(jù)中心實(shí)驗(yàn)為數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施和創(chuàng)新冷卻技術(shù)的未來(lái)展示了巨大的可能性。
數(shù)據(jù)中心如何在水下保持涼爽？
微軟與一家法國(guó)潛艇公司合作建造了他們的實(shí)驗(yàn)性水下數(shù)據(jù)中心。該公司在建造潛艇方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，潛艇與水下數(shù)據(jù)中心非常相似，是通常容納計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)并需要冷卻的水下船只。該公司將用于冷卻潛艇的冷卻方法應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目。
為了在水下保持涼爽，數(shù)據(jù)中心將海水從海洋中引出，通過(guò)其 12 個(gè)服務(wù)器隔間的背面，再流回海洋。研究人員發(fā)現(xiàn)，這一過(guò)程產(chǎn)生的熱量不會(huì)影響周圍的水環(huán)境，水會(huì)立即消散到周圍的水流中。
水下數(shù)據(jù)中心的優(yōu)勢(shì)
海洋廣闊，為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供了充足的空間。我們已經(jīng)利用美麗的海洋建設(shè)可再生能源基礎(chǔ)設(shè)施、架設(shè)連接城市的橋梁以及在全球范圍內(nèi)運(yùn)輸貨物。將這些寶貴的房地產(chǎn)用于安置數(shù)據(jù)中心以保持我們?cè)陉懙厣系倪B接是合情合理的。水下數(shù)據(jù)中心在優(yōu)化冷卻方面的一些優(yōu)勢(shì)包括：
降低能源密集型冷卻和降低成本
高效的施工時(shí)間和更便宜的基礎(chǔ)設(shè)施
沿海地區(qū)擁有豐富的可再生能源(潮汐、風(fēng)能、太陽(yáng)能等)
將服務(wù)器放置在離居民更近的地方，讓人們能夠更快地獲得網(wǎng)絡(luò)連接
大量空間不需要在陸地上增加額外的基礎(chǔ)設(shè)施，降低了自然災(zāi)害影響網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)
海底數(shù)據(jù)中心仍面臨挑戰(zhàn)
從微軟的 Project Natick 等實(shí)驗(yàn)中，我們?cè)谶^(guò)去十年中了解到，在將世界數(shù)據(jù)中心遷移到海洋之前，仍有一些挑戰(zhàn)需要克服。這些挑戰(zhàn)包括：
人類難以訪問(wèn)和維護(hù)水下服務(wù)器，需要開(kāi)發(fā)先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)
易受物理攻擊
與需要大量水下電纜的電網(wǎng)的連接問(wèn)題
藤壺和甲殼類動(dòng)物的形成可能會(huì)影響水下數(shù)據(jù)中心的熱量傳遞方式(也稱為生物污垢)
易受海洋熱浪的影響
