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您现在的位置 首页 -- 漂在海上的数据中心——解密谷歌海上数据中心
发布时间:2013-7-8
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       漂在海上的数据中心——解密谷歌海上数据中心

                  来源:网界网 日期:2013-7-4 10:02:39 作者:腾讯网络平台部数据中心规划组 李典林

    当谷歌在美国俄勒冈州的数据中心满载运行时,消耗的电力基本上和纽卡斯尔(Newcastle)一个城市总的家庭用电量一样多。在计算机和互联网速度越来越快的背后,是日益突出的耗电问题。“电费开支早晚要比电脑硬件本身更贵。”这是谷歌工程师拉兹罗.安德烈.巴罗佐早在2005 年底接受媒体采访时就发出的抱怨。

  在这样紧迫的形势之下,谷歌把目光投向了大海——打造“自给自足”的漂浮在海上的数据中心。根据谷歌在2007年2月递交的一份专利申请,风力涡轮机和波浪能发电机将为这个数据中心提供电力,海水则负责为散发巨大热量的服务器降温。除此之外,海面这个“不动产资源”本质上也是免费的。

  谷歌的这项利用海洋当作巨大的散热冷源的“漂浮的数据中心”计划被《时代》杂志评为2008年最好的科技发明之一,那么谷歌又是如何做的呢,让我们开始今天的谷歌海上数据中心探秘之旅吧。

  原理概览

  图1是谷歌海洋数据中心的示意图。可以看出,谷歌海洋数据中心是在集装箱运输船(标号102)的甲板上摆放或堆叠着多个谷歌的标准集装箱数据中心 (标号104)。这些集装箱数据中心由波力发电机(标号106)来供电,而制冷方面则由波力发电机(标号110)驱动的水泵来将热量散发到海洋中,这样整个数据中心就可以不用从传统的电网来获取能量。

  

  图1

  标准集装箱数据中心可以被提前在工厂预装好,通过卡车或者货柜车运送到海边,吊装到轮船甲板上,接到提前预先建设好的供电、供冷接口,然后轮船离岸停泊在波浪能足够大的地方。当然,如果出现天气非常恶劣、负载突增、或者波力发电机故障等情况下,集装箱数据中心的保障系统就要启用,这时候安装在甲板下面的柴油发电机就需要快速启动以保障持续供电。最后如果集装箱数据中心到了退役年限,或者需要升级,则直接快速更换即可。

波浪发电

  从图1可以看出,每个波力发电机由多个浮链构成,例如标号为106的波力发电机由106A、106B、106C、106-D四个单元构成,每个单元可以互相扭动发电。

  

  图2

  以Plimas P-750波力发电机为例,每个浮链单元的直径为3.5米,长度为150米,每个浮链可以产生750KW的能量,每个波力发电机功率达到2.25WM。因此,漂浮在离岸3至7英里外每平方千米面积内大约40个这样的波力发电机可以发电的功率高达30WM。波力发电机的尺寸和规模也可以根据不同的应用来选择。例如前面提到的大型波力发电机106可以用于给海上数据中心供电,也有类似在轮船周围标示为110的这种小型波力发电机用于给数据中心的制冷水泵来供电,如果需要更大的供电和散热能力,也可以不断增加这些发电机的数量等。这些波力发电机可以由轮船拖到新的目的地,或者也可以直接由轮船运输到新的目的地,例如那些沿海人口密集的地方,或者军事前线以及抢险救灾的应急场合。

  我们知道世界上大多数的网络基础设施都建设在海底,这些密布的海缆很容易给海岸周边的这些海上数据中心来提供便捷的网络接入。标准集装箱的公路运输和轮船海运非常成熟,统一运维也非常简单,而且轮船上还方便给船员和运维人员提供住宿和生活补给,顶部的直升机降落平台也便于人员快速到达检修维护变更等。

  在备用供电方面,除了前面提到的甲板下的柴油发电机可以作为备用供电的保障,还可以储存部分能源用于风平浪静的低发电情况,例如在海浪较大的时候波力发电机可以通过储能电池存储部分富余的能量。而且,在风平浪静的时候往往是阳光充足的晴天,此时通过给集装箱遮阳的太阳能板也可以存储部分太阳能用于海上数据中心供电,或者风较大的时候还可以通过甲板上安装的风力发电机收集更多的风能等。

  如果大家担心海浪的波动对集装箱数据中心内部的IT设备有影响的话,也是可以把数据中心建设在海岸边的陆地上,仍然可以从附近海面的波力发电机来供电,也可以通过水管从海底抽取冷水给岸上的数据中心来供电。这种情况下,如果波力发电机产生的电力不够,可以直接从所在地的陆上电网来补充提供额外的电力,或者当波力发电机发出的电力太多,数据中心消耗不完,也可以上传到电网中直接卖给当地的电网公司。

海水散热

  在海水温度较低的地方,可以直接通过抽取海底下一定深度的低温海水给集装箱数据中心提供冷量,由于海水具有一定的腐蚀性,不能直接用到集装箱内的空调末端,所以需要采用防腐蚀玻璃纤维材料的板式换热器等办法来隔离海水。一端采用封闭的内循环淡水经过板式换热器,另外一侧外循环的冰冷海水降温后再送入集装箱数据中心内,大海是个巨大的吸热体,足以将这些数据中心产生热量吸收掉。而且我们知道温度较低的海水在底层,而温度较高的海水在表层,因此,加热后被排出到海表面的的较高温热水不会和大海深层的较低温度的冷水混合在一起。谷歌应该在此方面有深厚的研究和积累,后来该公司在芬兰哈米纳的数据中心也采用了类似的海水直接为数据中心制冷的技术,不再需要传统高耗能的制冷机,这是后话。

  图3是谷歌海上数据中心的侧视图轮船(标号204)上面摆放了多个集装箱数据中心(标号202),一个或者多个波力发电机(标号206)通过供电线缆(标号208)经由轮船内配电站(标号224)分配电力给集装箱202A/202B或者制冷水泵(标号216)供电。抽水管道(标号210)从较深处的海面底下抽取低温海水,并通过水泵和板式换热器(这里并没画出),然后再由支管(标号218)送入到每个集装箱数据中心内部。经过服务器加热之后的热水由回水管(标号220)通过排水口 (标号214)直接排放到轮船后面的海洋表面。

  

  图3

  图4是海上数据中心的俯视图,大家可以更为清晰的看到其集装箱的泊位和供电供水管路布置。海水直接从标示为504的水管进入标示为506板式换热器。板式换热器的左侧是闭环的淡水内循环,制冷后的冷冻水进入集装箱数据中心,被加热后经回水管(标号512)回到板式换热器继续被制冷不断循环;而板式换热器的右侧是开环的海水外循环,从504管口进来,被加热后直接排放到508排水口。板式换热器在淡水一侧由于很少受到腐蚀,检修维护量很小,而海水一侧由于海水的腐蚀性,因此要求采用防腐蚀的材料,或者采用易更换维护的设备。由波力发电机产生的电力通过电力电缆(标号514)输送到轮船内的变电站(标号516),转化为数据中心内需要的各种电压等级,例如直流给IT设备,交流给水泵等。

  

  图4

  结语

  随着科技信息化的迅速发展,能源问题成了各国需要面对的课题。而数据中心一直是能源消耗大户,虽然临时的发电机组也能随处可用,但与海上数据中心源源不断的免费水力相比可谓相差甚远。

  还有数据中心的选址一直是件劳力伤身的事情。除了考虑当地的土地资源、带宽资源等,还要考察当地的地理环境,确定是否有地震、泥石流等地质灾害。还有在建成后,如果需要扩建的话,这些问题会变得更加复杂。

  而海上数据中心在这些方面是比较有优势的,首先是避免了对土地资源使用的考虑,在带宽资源上也可以灵活移动到带宽资源充足的地方;其次是避免了很多自然灾害带来的巨大威胁,当遇到飓风的时候,这些船舶也可以暂时离开较为危险的海域;最后在扩建数据中心上,只需要再多加一条船就可以解决空间不足的问题。

  海上数据中心的想法虽然早已经提出,但是没有行动仅能称之为假想。经过时间的沉淀和技术的积累,例如维基百科或者IDS等公司的海上数据中心已经开始付诸实践,能否成功也只能等事实来说话,不过对于这样强大的创新,很多人还是非常的期待。对于更多的发展动态我们将持续关注,并期待更多精彩应用。

 
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