Vì sao Microsoft lại có ý tưởng táo bạo "dìm" trung tâm dữ liệu của mình xuống đáy biển?

Nguyên lý căn bản là tạo nên một môi trường tương đối ổn định để các máy chủ có thể hoạt động trơn tru và lâu dài.

Lý do Microsoft đặt trung tâm dữ liệu dưới nước

Dự án Natick
Ưu điểm của đặt trung tâm dữ liệu dưới nước
Những thách thức của trung tâm dữ liệu dưới nước

Điện toán đám mây đã không còn lạ lẫm gì đối với phần lớn chúng ta hiện nay, nó biểu thị cho một mô hình tính toán và xử lý được thực hiện trực tuyến trên các máy chủ từ xa, thay vì cục bộ trên chính bản thân thiết bị. Dù được gán cái tên với bầu trời, nhưng giải pháp toàn diện này không hề được ẩn giấu trong một tảng mây thần bí nào đó! Thực chất, nó được xử lý trong các trung tâm dữ liệu đặt trong khối nhà chuyên dụng trên mặt đất.

Tuy nhiên, điều này có thể thay đổi trong tương lai gần. Không phải là những đám mây xanh, thay vào đó, con người đang tính đến vị trí đối diện của nó, chính là tìm đến biển sâu.

Gã khổng lồ công nghệ Microsoft đang thử nghiệm khả năng đặt các trung tâm dữ liệu của mình dưới nước. Thoạt nghe, ý tưởng này có vẻ khá nực cười. Điện và nước đi đôi với nhau thì chẳng khác gì ghép chung nước và lửa vậy! Nhưng Microsoft có vẻ thích đi ngược lại thường thức bình thường. Dựa trên các nghiên cứu nội bộ gần đây, họ cho rằng nơi tốt nhất cho trung tâm dữ liệu là ở dưới nước! Khi tìm hiểu sâu hơn, bạn sẽ thấy rằng ý tưởng mang tính cách mạng này khá thông minh.

Nếu sử dụng các mẫu smartphone cao cấp hoặc thường xuyên vọc vạch nâng cấp máy tính, chúng ta sẽ biết có một thứ được gọi là tản nhiệt chất lỏng. Nó khá hiệu quả trong việc làm mát các bộ vi xử lý và các thiết bị điện tử phải hoạt động liên tục. Microsoft có dự định tận dụng sức mạnh của hệ thống tản nhiệt chất lỏng này đến mức tối đa - bằng cách nhấn chìm các trung tâm dữ liệu được phủ kín nước dưới biển. Vì sao ư? Vì đó là một cách tối ưu hơn để phục vụ cho điện toán đám mây.

Máy tính với hệ thống tản nhiệt nước. (Ảnh: socrates471/Shutterstock).

Dự án Natick

Năm 2014, Microsoft bắt tay vào cuộc hành trình khám phá tính khả thi của việc đặt các trung tâm dữ liệu dưới nước và Dự án Natick được khởi động.

Trong Giai đoạn 1 của dự án, các kỹ sư tại Microsoft đã cố gắng tìm hiểu cách thức để đóng gói các trung tâm dữ liệu trong một container kín nước, ngăn chặn những rò rỉ có thể xảy ra. Họ nhận ra rằng hoàn toàn có thể triển khai an toàn các nhóm máy chủ này dưới nước biển.

Trong giai đoạn 2, Microsoft áp dụng thiết kế vào sản xuất. Họ đã thành công việc sản xuất một container có thể gắn trên tàu chở hàng, sau đó sẽ đưa container chứa máy chủ vào trú ngụ dưới biển.

Địa điểm được lựa chọn cho giai đoạn này của dự án là Biển Bắc gần quần đảo Orkney ở Scotland. Trung tâm dữ liệu dưới nước của Microsoft ở Biển Bắc mang tổng cộng 864 máy chủ và 27,6 petabyte bộ nhớ, được đóng gói chặt chẽ trong một container bằng thép, chứa đầy nitơ khô và chìm trong vùng nước băng giá của Biển Bắc vào năm 2018.

Biển Bắc gần quần đảo Orkney. (Ảnh: Maciej Orlicki/Shutterstock).

Để phục vụ nghiên cứu, nhiệm vụ thử nghiệm này không trực tiếp sử dụng máy chủ doanh nghiệp. Thay vào đó, kho container sẽ mang theo dữ liệu nội bộ thử nghiệm của Microsoft. Ngoài ra, sức chứa 864 server cho một trung tâm dữ liệu có vẻ là không đủ phục vụ một hệ thống mạng chuyên nghiệp. Ví dụ, chúng ta sẽ chứa các trung tâm dữ liệu với hơn 50.000 máy chủ tại một địa điểm, và Microsoft tính toán cách tiếp cận này sẽ có thể mở rộng trong tương lai.

Bây giờ, câu hỏi ở đây là: Lợi ích của việc di chuyển máy chủ xuống dưới nước là gì?

Vào tháng 7 năm 2020, thùng chứa thử nghiệm dưới nước ở Biển Bắc chứa các máy chủ máy tính đã được Microsoft trục vớt (sau hai năm) và kết quả của thử nghiệm khá hứa hẹn.

Ưu điểm của đặt trung tâm dữ liệu dưới nước

1. Độ bền cao hơn

Thiết bị điện tử không có nghĩa là luôn phải hoạt động trong môi trường nơi con người sống. Những thứ như oxy và hơi ẩm trong không khí không hề tốt cho chúng, dẫn đến hiện tượng ăn mòn và cuối cùng là gây ra lỗi máy chủ.

Nguyên lý căn bản của việc đặt một trung tâm dữ liệu dưới nước là để tạo ra một môi trường tương đối ổn định, nhờ đó các máy chủ máy tính có thể hoạt động tốt hơn và tuổi thọ lâu hơn.

Là một phần của Dự án Natick, các kỹ sư của Microsoft đã thiết kế lớp vỏ bằng nước không có oxy và hơi ẩm, thay đó được nhồi bằng nitơ thay thế. Phương pháp này khả thi được là do container sẽ không hề có sự hiện diện của con người.

Không có sự hiện diện của con người, sẽ không xảy ra khả năng ai đó vô tình va chạm một số thứ trong đó dẫn đến lỗi dữ liệu. Nhìn chung, các biện pháp phòng ngừa này sẽ gia tăng độ chắc chắn cần thiết. Microsoft tuyên bố tỷ lệ dính lỗi của các trung tâm dữ liệu đã giảm xuống còn 1/8 khi được nhấn chìm dưới nước.

2. Nước: Chất làm mát tự nhiên

Các trung tâm dữ liệu trên đất liền truyền thống tiêu tốn năng lượng đáng kể chỉ để giữ cho các máy chủ luôn được mát mẻ. Các trung tâm dữ liệu cũ sử dụng phương pháp làm mát cơ học, máy điều hòa nhiệt độ công suất lớn (AC) để làm mát, tiêu thụ nhiều điện năng. Một số AC thậm chí còn sử dụng lượng điện năng nhiều đến mức chẳng khác gì các máy chủ. Các trung tâm dữ liệu mới sẽ tốt hơn, vì chúng tận dụng điều hòa không khí miễn phí, nghĩa là sử dụng không khí ngoài và nước bốc hơi để làm mát các máy chủ mà không tiêu tốn quá nhiều năng lượng. Tuy nhiên, nhược điểm là chúng phụ thuộc vào nhiệt độ không khí xung quanh và nguồn cung cấp nước.

Giờ đây, một trung tâm dữ liệu dưới nước có thể đơn giản sử dụng lượng nước xung quanh để dẫn nhiệt tản ra từ các máy chủ. Nước được biết đến với khả năng chứa được lượng nhiệt cao, có nghĩa là nó có thể tích trữ nhiều nhiệt năng mà không làm thay đổi nhiệt độ của chính nó quá nhiều. Để dễ hiểu hơn, bạn có thể mường tượng đến một hồ bơi. Ngay cả trong mùa hè thiêu đốt, nước trong hồ bơi vẫn tương đối mát mẻ so với lớp sàn bê tông bên cạnh. Cũng theo nguyên tắc đó, một trung tâm dữ liệu dưới nước chỉ cần một bộ trao đổi nhiệt được thiết kế tốt để dễ dàng truyền nhiệt vào nước biển xung quanh. Điều này giúp tiết kiệm lượng lớn năng lượng được tiêu tốn chỉ để giữ cho các thiết bị điện tử luôn mát mẻ.

Một khía cạnh ấn tượng nữa đó là biển càng xuống sâu càng lạnh. Nếu các vỏ bọc máy chủ có thể được đặt dưới mực nước biển 150 mét, chúng có thể được làm mát tuyệt vời, ngay cả ở các vùng nhiệt đới ấm áp.

3. Tính kinh tế cao hơn

Các trung tâm dữ liệu truyền thống thường được đặt tại các khu vực xa xôi, dân cư thưa thớt. Các công ty thích những địa điểm như vậy vì quỹ đất và chi phí hoạt động sau này thấp hơn. Mặc dù giúp tiết kiệm chi phí, nhưng vẫn có một số hạn chế đối với mô hình kinh doanh này.

Bên trong một trung tâm dữ liệu thông thường. (Ảnh: yucelyilmaz/Shutterstock).

Vì các trung tâm dữ liệu thường được đặt ở các vùng xa xôi, ít người tiếp cận, dữ liệu bạn yêu cầu để liên lạc trực tuyến cũng cần phải di chuyển một quãng đường xa hơn. Điều này có nghĩa là độ trễ lớn và do đó tốc độ tính toán thấp hơn.

Gần 44% dân số thế giới cư trú cách bờ biển khoảng 150 km. Do đó, việc đặt các trung tâm dữ liệu gần bờ biển sẽ có ý nghĩa kinh tế hơn. Khi các trung tâm dữ liệu được đặt ngay ngoài khơi, chúng sẽ ở gần các khu vực có mật độ dân số tương đối cao hơn. Điều này làm giảm khoảng cách trung bình giữa máy chủ và người dùng, và do đó giảm thiểu độ trễ. Các trung tâm dữ liệu dưới nước có khả năng làm cho trải nghiệm điện toán đám mây trở nên nhanh hơn.

Điều thú vị là, việc tạo nên một loạt các máy chủ được phủ kín nước và sau đó nhấn chìm chúng dưới biển sẽ nhanh hơn so với việc phải sở hữu một một khu đất nào đó và xây dựng nên một trung tâm dữ liệu từ đầu. Khi xây dựng một trung tâm dữ liệu trên đất liền, bạn cần đến bất động sản, thường rất tốn kém, và sau đó các công ty cần đánh giá tính khả thi của các điều kiện khác, chẳng hạn như địa hình, nguồn lao động có tay nghề cao, nguồn điện, tuân thủ các quy tắc và luật lệ địa phương…

Các vỏ bọc máy chủ cần thiết để hoạt động dưới nước có thể được xây dựng theo kiểu dây chuyền lắp ráp và sau đó vận chuyển đi để triển khai dưới biển mà không gặp quá nhiều rắc rối. Microsoft tuyên bố rằng họ có thể thiết lập các nhóm máy chủ này chỉ trong 90 ngày thay vì phải tốn đến một hoặc hai năm xây dựng một trung tâm dữ liệu trên đất liền.

Những thách thức của trung tâm dữ liệu dưới nước

Bất chấp tất cả những ưu điểm này, nước không phải là thần dược có thể giải quyết tất cả các vấn đề về công nghệ và logistic liên quan đến trung tâm dữ liệu. Có một số vấn đề xảy ra khi đặt một trung tâm dữ liệu xuống biển.

1. Bảo trì

Bạn không thể cử một nhóm thợ lặn ra ngoài khơi mỗi khi phần cứng gặp sự cố được. Vì vậy, trách nhiệm thuộc về các kỹ sư là phải thiết kế nên các "trang trại" máy chủ dưới nước với độ bền cao và có thể sửa chữa từ xa.

May mắn thay, như đã đề cập trước đó, sự chắc chắn của các trung tâm dữ liệu đã tăng lên đáng kể khi được nhấn chìm dưới nước ở Biển Bắc. Trên thực tế, Microsoft có kế hoạch thiết kế các trung tâm dữ liệu dưới nước để không phải bảo trì tích cực trong vòng 5 năm.

2. Sự sống dưới biển sâu

Một số người có thể hoài nghi về ý tưởng lấp đầy các đại dương với những vật liệu nhân tạo, chẳng hạn như các máy chủ này. Sau tất cả, một đường bờ biển chứa đầy các vỏ bọc máy chủ dường như không phải là ý tưởng hay cho sự sống khỏe mạnh của sinh vật biển. Tuy nhiên, theo nhà sinh thái biển Andrew Want, những trung tâm dữ liệu chìm này sẽ không gây ra nhiều rủi ro. Ông giải thích rằng một cấu trúc lớn như vỏ bọc máy chủ bị chìm dưới nước sẽ trải qua một quá trình gọi là tích tụ sinh học, với các lớp phủ vi sinh vật, thực vật bám dần trên bề mặt. Bề mặt này sau đó sẽ trở thành một rạn san hô nhân tạo. Những đàn cá sẽ tụ tập xung quanh "rạn san hô" này, nhờ đó thúc đẩy đa dạng sinh học, thay vì đe dọa nó.

Sinh vật tạo màng sinh học biển trên cấu trúc bê tông. (Ảnh: Vorathep Muthuwan/Shutterstock).

3. Nhiệt

Một số người hoài nghi cũng có thể lo lắng về khả năng tản nhiệt từ các vỏ máy chủ, nhưng hãy so sánh kích thước của đại dương với kích thước của các vỏ hoặc thậm chí một loạt các vỏ bọc lớn này. Đại dương đơn giản là quá rộng lớn để lượng nhiệt giải phóng từ máy chủ có thể tạo nên sự khác biệt. Sự thay đổi nhiệt độ trong nước do các trung tâm dữ liệu sẽ cực kỳ nhỏ. Chúng ta vốn đã đặt sẵn các đường cáp dữ liệu dưới nước, chúng cũng truyền nhiệt vào nước biển, nhưng sự nóng lên gây ra lại rất nhỏ.

Nếu xu hướng này của các trung tâm dữ liệu "thủy sinh" trở nên phổ biến, chúng ta có thể nhanh chóng chứng kiến sự chuyển biến mô hình của các dữ liệu "đám mây" từ quản lý trên đất liền xuống dưới biển xanh sâu thẳm.