数据搬家到海底!全球首个商用海底数据中心大揭秘!

Tianyiyun · · 255 次点击 · · 开始浏览    

位于海南省陵水黎族自治县的清水湾,是一个拥有碧海蓝天与温暖阳光的热带海湾。早春三月,海岸线旁的沙滩上满是享受假期生活的游客。在不远处的海域,重量与1000辆小汽车相当、单个罐体直径与“天和号”空间站核心舱相当的几个“大家伙”正隐于波涛之下,安静地工作着。

自去年3月底在陵水正式投入运营以来,全球首/个商用海底数据中心已平稳运行近一年,为人工智能、大数据等互联网企业提供数据存储和计算服务。“把数据存进海底”,这一天马行空的想象变成现实,互联网和数据行业与海洋科技打通,形成了全新的交叉业态。

数据中心为何由陆向海?错综复杂的海洋环境能否保障数据安全和稳定?“陆数海算”将如何助力我国算力迈上新台阶?一起走近海南陵水商用海底数据中心。

海底数据舱正在进行车间建造集成

将海洋能源转化为海洋算力

在几乎不消耗淡水资源的同时支持更高的功率密度

算力,就像农业时代的水利、工业时代的电力,是数字经济的核心生产力,也是国民经济发展的重要基础设施。据工信部数据,目前我国算力总规模居全球第二,保持30%左右的年增长率。我国启动国家/级工程——“东数西算”,优化算力资源分布。与此同时,广袤海洋也成为数据中心的新坐标。

“数据中心的服务器在运行过程中会散发大量热能,通常陆地数据中心必须通过一套复杂的制冷系统使机房服务器维持在特定的温度范围,这需要消耗大量电能运转空调进行热量传递,并通过淡水蒸发消散热量。而海洋作为全球最大的自然冷源,将数据中心建在海底,其优势在于减少数据中心在制冷上所需的能耗,在几乎不消耗淡水资源的同时,可以支持更高的功率密度,进而稳定地提供澎湃算力。”海兰云海底数据中心海南示范开发项目总经理蒲定介绍,以100个海底数据舱为例,相较于同等规模的陆地传统数据中心,海底数据中心每年能节省用电总量1.22亿千瓦时、节省建设用地面积6.8万平方米、节省淡水10.5万吨。

工作人员正在调试舱内设备

海南作为热带岛屿,岛内的陆地数据中心发展长期存在着能源短缺、淡水和土地资源有限、高温高湿气候环境、台风高发等诸多问题,因此海底数据中心省电、省水、省土地这样独特的价值特征为海南岛信息基础设施可持续发展提供了新的可选解决方案。

“落子海南,更多的还是看中了它在算力需求上的迫切性。”蒲定表示,跨境数据在支撑国际贸易活动、促进跨国科技合作、推动数据资源共享方面的作用越来越凸显,海南自贸港封关运作后,将迎来大量的离岸数据中心需求。海底数据中心能够为数字经济发展提供底层支撑,助力海南自贸港“数据安全有序流动”政策落地

缩短数据中心与用户之间的距离,也是将数据中心放在沿海水下的重要考量。

“通过将数据中心放置在沿海城市附近的水下,数据的传输距离会很短,从而实现快速流畅的网络服务。”海油工程海底数据中心示范开发项目经理张飞介绍,有些对时延要求不高的业务,比如数据存储,可以按照国家“东数西算”政策放到西部地区的数据中心;而对于远程手术、自动驾驶等需要数据精准同步的产业来说,1毫秒的数据反馈时延都能带来巨大影响。“既然人类有临海而居的生活特性,我们选在海底自然是最方便贴近的。”

面对广袤海洋,如何确定合适的海域?项目团队在海南环岛海域进行了为期一年的全岛筛选。“陵水清水湾海域处于琼东上升流范围,海底水温较低,满足海底数据中心对低温海水的建设需要。”蒲定介绍,陵水还是中国电信国际海缆登陆站所在地,海底数据中心可利用现有的国际海缆辐射亚太信息高速公路,未来也能承接更多的跨境数据业务。

克服海洋浮力等一系列挑战

稳扎海底的数据舱能抵抗百年一遇的台风

海底数据中心一般由岸站、海底分电站、数据舱模块、水下基础组成。

一条光电复合电缆将海底数据中心跟岸上的一座白色小房子连接在一起,小房子就是海底数据中心岸站。在岸站的总控室,技术人员通过屏幕可以看到所有数据舱的内外环境和各项参数,此外还有一套数字孪生系统,时刻对海底数据舱内外进行自动巡检。

张飞打了个简单的比方,“海底分电站可以理解为一根多头充电数据线,通过光电复合电缆,一头连接着岸站的电力和网络系统,另外一头的三个接口分别连接着三个不同的海底数据舱模块,为它们传输电力和数据。”

在各个模块中,海底数据舱是最主要的功能单元,用来进行数据的计算和存储。据了解,目前每个数据舱部署了24个标准机柜,可以安放400-500台服务器。“数据舱的服务模式主要有两种。一种模式是我们提供海底的机柜,客户可以把自己的服务器放到机柜里;另一种模式是我们直接提供算力服务,即为各种计算密集型任务提供强大的计算能力,例如科学计算、数据分析、人工智能训练等。”蒲定说。

作为创新型海洋装备,海底数据舱结构设计寿命为15年。舱内安装大量精密的数据元件,罐体上存在大量管线和电缆通过的开孔,罐体下沉至海底之后,将要长期承受外部海水压力,从方案研究、工程化设计、建造到测试,都存在非常大的技术挑战。海油工程凭借自身在海工装备设计制造业务领域的技术优势,负责该项目首批数据舱模块基本设计、详细设计、部分材料采办、制造、测试等工作。

服务器最怕的就是水,数据中心由陆上转移到海底,首先面临的挑战是舱体的密封性。“数据舱的回收周期一般是5年,也就是说一旦把它放到海底,下一次‘捞’起来就是5年之后,其间无法下水维护,因此密封至关重要。”张飞表示,在项目实施过程中,针对不同的用途以及不同的法兰结构,创新采用不同的密封形式,设计局部气密试验装置代替整体气密试压,对双O型圈密封形式的穿舱口进行气密试验。这样一来,不仅确保了质量安全,还降低了工程成本,节约了项目工期。

海底数据中心一期工程最后一个数据舱模块正在吊装下水

此外,由于安装作业地点为近海,海水的腐蚀和微生物附着也会影响密封效果,因此密封技术需要具有高耐腐蚀性和抗生物附着能力。在材料选择上,工程师们选择了安全可靠环保的防海生物附着的防腐涂层,把对海洋生态环境的影响降到最低。

如何克服浮力让数据舱沉到海底,也是一门学问。“在重和轻之间我们需要找到一个平衡点,要保证它既能顺利下沉并抵抗海洋地质活动和台风等灾害,又不会因重量太大而增加后期运维成本。”张飞回忆,水下数据舱模块中有2个直径3.6米、长度16米的罐体,安装过程中罐体浮力较大,下沉困难,且入水后由于其重量轻,波流力影响较大,安装难度非常高。经过反复试验对比,最终通过结构管内部充水、平衡载荷调配等方式,突破了数据舱模块水下安装就位的技术难题,与基础结构锁定后可保证其能够抵抗百年一遇的台风。

未来计划部署100个海底数据舱

为“东数西算”提供重要补充

去年7月,海底数据中心首舱客户中国电信集团海南分公司联合中国信通院,发布半年度运营报告指出,自海底数据中心启用以来,运行良好,各项指标平稳,供配电、暖通、弱电等系统工作正常,为IT系统提供了稳定的电力和运行环境,服务器零故障,现场零运维。

在全球能源转型和中国“双碳”目标背景下,数据中心作为最主要的算力基础设施,其绿色发展也成为大势。

近年来,国家发展改革委、工信部等部门先后出/台《贯彻落实碳达峰碳中和目标要求 推动数据中心和5G等新型基础设施绿色高质量发展实施方案》《“十四五”工业绿色发展规划》等,鼓励探索利用河湖、海洋等优势资源,建设利用自然冷源散热的数据中心,充分发挥气候水文和地形地貌等自然条件天然优势,因地制宜促进数据中心节能降耗。此外,海南省、广东省、山东省等提出的海洋经济发展“十四五”规划,也都提出要促进海底数据中心研发及建设。

据了解,海底数据中心海南示范开发项目计划分三期进行。第一期示范开发项目布放3套海底数据舱模块共计7个数据舱,随着去年年底最后一套海底数据舱模块成功安装并调试,一期工程全面竣工。二期规模化开发将完成30个数据舱的建设,三期计划完成100个数据舱的建设。建成后,将为“东数西算”提供重要补充,同时向东南Ya等“一带一路”国家延伸,为海南数字经济发展提供支撑。

一期工程最后一个数据舱模块近景

布放海底数据中心的海域既可以包容海洋牧场、渔业网箱等生态类活动,又可以与海上风电、海上石油平台等工业类活动互相服务,这是生态用海、集约用海的体现。如何有效地跟海上的其他经济体实现共建共用,是海底数据中心下一步研究的方向。

“以海上风电为例,从选址、考察、基础数据获取,到设计、施工安装、运营运维,风电和数据中心的开发规律有很多相似之处。比如海底电缆,海上风电利用电缆把电送回陆地,而我们利用电缆把陆地的电引到海上来,因此我们可以共建共用基础设施,节约开发成本。”蒲定告诉记者,除了共建之外,海上风电可以提供大量的绿电给数据中心作清洁能源,其塔桩也可以作为数据中心的舱室,用来放置油机和备用装备。

据记者了解,海底数据中心项目是海南省首例海域立体分层出让项目,政府部门根据企业的海域使用需求仅出让了海床部分,海水和海上空间仍然可以为其他项目和产业服务。蒲定表示,“数据舱跟外界没有交互,只有一些轻微的热交换,舱体产生的热量对周边海水的温度上升影响非常有限。在舱体周围2米范围内,可能有不到1摄氏度的温度上升,超过2米范围后,基本没有可见变化。因此海底数据中心的上层和水面海域仍然可以用于智能网箱开展海洋牧场渔业养殖,或者部署浮式波浪能发电装置等综合性立体用海开发项目,这也是海兰云计划在陵水开展的第二期立体科技用海的示范工程。”

未来,随着研发技术的成熟,除了海南,长三角、珠三角海域的数据中心也将逐步推广。大海之下蕴藏的无限机遇,正向海洋新业态张开怀抱。

255 次点击  
加入收藏 微博
添加一条新回复 (您需要 登录 后才能回复 没有账号 ?)
  • 请尽量让自己的回复能够对别人有帮助
  • 支持 Markdown 格式, **粗体**、~~删除线~~、`单行代码`
  • 支持 @ 本站用户;支持表情(输入 : 提示),见 Emoji cheat sheet
  • 图片支持拖拽、截图粘贴等方式上传