В минувшее воскресенье в китайском порту Гаолань в особой экономической зоне Чжухай провинции Гуандун состоялась официальная церемония запуска первого в стране подводного дата-центра (UDC). UDC был разработан компанией Beijing Highlander Digital Technology Co, которая специализируется на разработке и производстве судовой электронной аппаратуры и систем, и крупнейшей судостроительной компанией Китая Guangzhou Shipyard International Co.

По словам вице-президента Highlander Сюй Тань (Xu Tan), строительство подводного дата-центра было завершено в конце прошлого года.

В настоящее время крупные центры обработки данных в основном строятся для использования на суше. Как правило они занимают большую территорию, а их высокие требования к охлаждению означают, что они потребляют много энергии и водных ресурсов. В свою очередь, UDC использует большое количество проточной морской воды для охлаждения электроники через теплообменник, что позволяет сократить расход энергии по сравнению с традиционными методами охлаждения.

К тому же размещение UDC у прибрежных городов позволяет сократить расстояние между потребителями и вычислительными мощностями. Эта концепция была впервые предложена компанией Microsoft в проекте Project Natick, которая в течение двух лет эксплуатировала ЦОД с 12 стойками в прибрежных водах Шотландии.

«UDC занимает очень мало места на берегу, не имеет градирен и не потребляет пресную воду. Он не только поддерживает экологическую деятельность, такую как выращивание и разведение водных организмов, но также поддерживает другую промышленную деятельность, такую как морская ветроэнергетика и эксплуатация нефтяных платформ», — отметила Сюй.

Highlander сообщила о планах построить в течение следующих пяти лет серию подводных центров обработки данных в прибрежных водах, включая порт Хайнань (Hainan Free Trade Port, FTP), регион Большого залива Гуандун-Гонконг-Макао (GBA), дельту реки Янцзы и экономическую зону Bohai Rim Economic Circle (BREC).

В настоящее время она участвует в выборе места установки кабельных коммуникаций и подготовке к вводу в эксплуатацию дата-центра для тестирования, которое продлится с июня 2021 года по май 2022 года. На этом этапе проект будет представлен правительственным организациям, научно-исследовательским и финансовым учреждениям и полностью коммерциализирован во второй половине 2023 года.

В рамках реализации проекта в порту Хайнань Highlander подписала контракт с компаниями China Mobile, Lenovo, China Communications Service Construction и Qi'anxin Technology Group.

Любой современный ЦОД — это не только помещение, занимающее определённую площадь, но ещё и серьёзные системы питания и, особенно, охлаждения. Ряд компаний считает, что с точки зрения последнего фактора имеет смысл рассмотреть возможность размещения ЦОД под водой, на дне моря, где температура постоянна и достаточно низка. В их числе Microsoft со своей разработкой Project Natick.

Первый прототип Natick, доказавший работоспособность концепции, успешно проработал 105 дней в водах Калифорнийского залива, однако действительно серьёзная мощность была достигнута лишь во второй фазе, о которой и идёт речь в данной заметке. Второй прототип Natick являет собой 12,2-метровый цилиндрический контейнер стандарта ISO 40, внутри размещено 12 стоек с 864 серверами Microsoft (в составе присутствуют ПЛИС-ускорители) и СХД общим объёмом 27,6 Пбайт. Система охлаждения во втором варианте была разработана французской группой Naval Group на основе теплообменников, использующихся в современных подводных лодках.

На этот раз местом размещения подводного ЦОД был выбран район Оркнейских островов в 193 километрах (120 миль) от берега, глубина погружения составляла примерно 35 метров. Для питания и данных использовался общий кабель, содержащий как силовые линии, способные передать около четверти мегаватта, так и оптические волокна. Проект создавался с прицелом на пятилетний срок работы без обслуживания, с прицелом на 20 лет в будущем. Для обеспечения повышенной надёжности внутреннее пространство контейнера заполнено азотом, который практически инертен и способствует уменьшению износа оборудования.

14 сентября Microsoft сообщила об окончании второй фазы Project Natick, которая продлилась два года. Сам контейнер был извлечён из моря ещё летом, и специалисты и эксперты занялись изучением состояния аппаратного обеспечения, входившего в состав второго прототипа автономного ЦОД. Результат проекта признан очень успешным, возглавляющий Project Natick Бен Катлер (Ben Cutler) заявил, что «дело сделано, и второй вариант Natick можно с полным правом назвать подходящим строительным блоком».

Согласно статистике, около 50% населения планеты проживает недалеко от берега моря, поэтому размещение подводных ЦОД в прибрежных областях вполне оправдано, а Европейский центр морской энергетики (Europetn Marine Energy Centre) вообще говорит о возможности использования для питания таких ЦОД приливных турбин и волновых конвертеров, что сделает их практически автономными, не считая оптоволоконного подключения.

Часть системы охлаждения Natick

Тонкости функционирования Natick ещё предстоит изучить, но предварительные результаты оказались несколько обескураживающими: ЦОД в герметичном контейнере, покоившийся на дне моря, и, естественно, лишённый обслуживания, оказался в восемь раз надёжнее, нежели его копия, расположенная на суше. Причины примерно ясны: стабильные температуры, отсутствие окисляющей атмосферной среды, а также каких-либо серьёзных вибраций. Компания считает, что эти данные могут помочь и в проектировании более надёжных наземных ЦОД.

Microsoft признала, что проект всё ещё далёк от завершения, но считает, что стандартный ЦОД Azure в подводном варианте уже может быть создан. Вице-президент отдела Azure по системам класса mission critical Вильям Чэппел (William Chappell) отметил, что его команда особенно заинтересована в пост-квантовых методах шифрования, критичных для такого рода периферийных центров обработки данных.

Также заявлено, что Natick успешно может служить в качестве периферийного ЦОД или ЦОД с повышенной безопасностью; последнее достаточно очевидно — получить доступ к оборудованию, находящемуся под водой, намного сложнее, нежели в обычном ЦОД. Надёжнее в этом плане может быть только сервер на орбите, но по понятным причинам такое решение намного дороже и сложнее, нежели Natick, оно менее мощное, а также не гарантирует постоянной низкой латентности, которая может быть критичной в edge-сценариях использования.

Компания TMGcore представила в рамках прошедшей конференции SC19 свою весьма необычную систему OTTO.

Новинка является модульной платформой для создания автономных ЦОД, которая характеризуется высокой плотностью размещения аппаратного обеспечения, использует двухфазную иммерсионную систему жидкостного охлаждения, а также обладает роботизированной системой замены серверов.

Версия OTTO на 600 кВт

Первое, что отмечает производитель в системе OTTO — это высокая плотность размещения аппаратного обеспечения. Система состоит из довольно компактных серверов, которые размещены в резервуаре с охлаждающей жидкость. Собственно, использование двухфазной иммерсионной системы жидкостного охлаждения и позволяет размещать «железо» с максимальной плотностью.

Версия OTTO на 60 кВт

Всего OTTO будет доступна в трёх вариантах, рассчитанных на 60, 120 и 600 кВт. Системы состоят из одного или нескольких резервуаров для размещения серверов. Один такой резервуар имеет 12 слотов высотой 1U, в десяти из которых располагаются сервера, а ещё в двух — блоки питания. Также каждый резервуар снабжён шиной питания с рабочей мощностью 60 кВт. Отметим, что площадь, занимаемая самой большой 600-кВт системой OTTO составляет всего 14,9 м².

В состав системы OTTO могут входить как эталонные серверы HydroBlades от самой TMGcore, так и решения от других производителей, прошедшие сертификацию «OTTO Ready». В последнем случае серверы должны использовать корпуса и компоновку, которые позволяют использовать их в иммерсионной системе охлаждения. Например, таким сервером является Dell EMC PowerEdge C4140.

В рамках конференции SC19 был продемонстрирован и фирменный сервер OTTOblade G1611. При высоте всего 1U он включает два процессора Intel Xeon Scalable, до 16 графических процессоров NVIDIA V100, до 1,5 Тбайт оперативной памяти и два 10- или 100-гигабитных интерфейса Ethernet либо одиночный InfiniBand 100G. Такой сервер обладает производительность в 2000 Тфлопс при вычислениях на тензорных ядрах.

Мощность описанной абзацем выше машины составляет 6 кВт, то есть в системе OTTO может работать от 10 до 100 таких машин. И охладить столь компактную и мощную систему способна только двухфазная погружная система жидкостного охлаждения. Он состоит из резервуара, заполненного охлаждающей жидкостью от 3M и Solvay, и теплообменника для конденсации испарившейся жидкости.

Для замены неисправных серверов система OTTO оснащена роботизированной рукой, которая способна производить замены в полностью автоматическом режиме. В корпусе OTTO имеется специальный отсек с резервными серверами, а также отсек для неисправных систем. Такой подход позволяет производить замену серверов без остановки всей системы, и позволяет избежать контакта человека с СЖО во время работы.

Изначально TMGcore специализировалась на системах для майнинга с иммерсионным охлаждением, а после перенесла свои разработки на обычные системы. Поэтому, в частности, описанный выше OTTOblade G1611 с натяжкой можно отнести к HPC-решениям, так как у него довольно слабый интерконнект, не слишком хорошо подходящий для решения классических задач. Впрочем, если рассматривать OTTO как именно автономный или пограничный (edge) микро-ЦОД, то решение имеет право на жизнь.