海中升起的“云”与未来：Natick项目顺利“出水”
丹棱君有话说：云计算的蓬勃发展，离不开数据中心的支持。微软提出了Natick项目，借助海洋深处的低温环境，实现数据中心的高效能、低成本的可持续运行。今年夏天，代号为“the Northern Isles”的水下数据中心顺利完成打捞回收作业。当充满干燥氮气的密封容器被打开，已经在海底持续工作长达两年之久的数据中心，会带来什么样的答案？
"The Northern Isles"水下数据中心被顺利打捞
2020年初夏，海洋专家们从苏格兰奥克尼群岛海底，打捞出一个集装箱尺寸的数据中心，表面附着的大量海藻、藤壶和海葵。
此次回收，为微软多年来对水下数据中心可行性的研究划上了圆满句号。事实证明，水下中心的概念切实可行，且流程高效，节能环保，经济实用。
2018年春天，微软Natick项目团队在海底117英尺深处部署了“the Northern Isles”数据中心，并在接下来两年持续测试和监控其性能和可靠性。
团队曾假设，数据中心密封于容器中并置于海底有助于提高整体可靠性。而在陆地上，腐蚀、温度变化、颠簸和碰撞等不可控因素将导致设备宕机。
“the Northern Isles”数据中心的成功部署和运转证实了该假设，也是对陆上数据中心的运营优化的有力参考。
微软特别项目研究组项目经理Ben Cutler在分享Natick项目的成功经验时说，Natick项目能够为能源、废弃物和水等可持续发展问题提供战略支持。
证明水下中心的可靠性后，Ben的团队与微软Azure团队展开了进一步讨论，帮助全球客户在各地部署运营战略性关键数据中心。
微软Azure副总裁William Chappell谈到，“我们的梦想是在无需人工干预的前提下实现水下中心的稳定运行。”
概念论证
水下中心的概念是在2014年微软 “思考周（ThinkWeek，微软员工分享创意想法的年度活动）”上提出的，一经提出就吸引大家探讨，这是一种为沿海居民提供闪电般高速云服务的潜在方法，同时节约能源。
全球半数以上的人口居住在距离海岸120英里以内的地区。通过将数据中心部署于沿海城市附近的海底，实现数据的短距离传输，人们在浏览网页、视频直播和实时线上游戏时，会获得更加快速流畅的使用体验。次表层海的持续寒冷环境，让海底数据中心得以借鉴高能效的设计，例如潜艇的热交换管道。
2015年，微软Natick项目团队在太平洋对水下数据中心进行了为期105天的实验性部署。项目的第二阶段，团队与物流、造船和可再生能源行业的专家合作，对项目可行性做出了进一步验证。
微软特别项目研究组项目经理Cutler说：“我们已完成既定的目标，接下来要运用好这些成果，挖掘更多可能，为公司带来更多解决方案。”
部署与打捞
“the Northern Isles”水下数据中心由法国Naval Group集团，及其子公司Naval Energies联合制造，这两家公司分别在海洋防务与海洋可再生能源领域有丰富的经验。Green Marine公司提供海洋能源设施的建造维护服务，在微软特别项目组运营数据中心的两年中，Green Marine对数据中心的部署、维护、监控和回收工作提供了可靠支持。
“the Northern Isles”部署在欧洲海洋能源中心（European Marine Energy Centre），这里是潮汐涡轮机和波浪发电设备的试验场，潮汐流强度最高可达每小时9英里，如果遇到暴风雨天气，波涛汹涌的巨浪可达60多英尺高。
“the Northern Isles”的部署和回收需要异常平静的海面，以及机器人与绞车在龙门架驳船的平台上精密配合，每个步骤都要花费一整天。
长达两年的水下时间，原本闪着白光的“the Northern Isles”表面逐渐覆盖了一层薄薄的海藻和藤壶，压舱物填充基座的隐蔽角落也长出了哈密瓜大小的海葵。
舱壁上被一层薄薄的海洋生物覆盖 (Simon Douglas摄)
强力清洗和数据收集
打捞成功后，Green Marine团队对包裹着“the Northern Isles”水下数据中心的864台服务器和配套冷却系统基础设施的防水热管进行了强力清洗。研究人员随后将试管插入容器顶部的阀门中收集空气样本，并将之送至位于华盛顿雷德蒙德的微软总部进行分析。
“我们用干燥氮气充满了整个容器，所以里面的环境相当不错。我们更关注从线缆和其他设备中释放出的气体是否会改变计算机的运行环境。” 微软特别项目研究组主要技术成员Fowers表示。
经过进一步分析，仅有少数服务器和相关线缆出现了故障，研究人员认为这些组件将有助于理解为何水下数据中心运行服务器要比在陆地上可靠八倍以上。
微软特别项目研究组提出了两点假设：第一，服务器在氮气环境下运行，受腐蚀程度要远低于氧气环境下；第二，在运行过程中没有人为造成的撞击与碰撞。这两点是造成可靠性差异的主要原因。如果后续分析能够证明这两点，团队便可借鉴于陆地数据中心的建设和运行之中。
图为Natick项目团队成员们正在强力清洗水下数据中心 (Jonathan Banks摄)
可持续发展
Natick项目的阶段性成果，还将有助于提高数据中心能源使用的可持续性。例如，Natick项目团队选择苏格兰的奥克尼群岛进行部署，一部分原因是那里的电力供应百分之百由风能和太阳能驱动。
微软特别项目研究组主要技术成员Fower说：“我们做到了让数据中心运行在大多数陆上数据中心无法使用的电网上。希望基于我们的研究，数据中心无需在电力和可靠性设备上设置高门槛。”
微软特别项目研究组正在考虑更多方案，比如将水下数据中心与海上风力发电厂共置一处，数据中心仅靠微风产生的电力就能够保持运行，出现意外时还可将路基电缆与数据光缆一起接入，保障供电。
另外，数据中心对备件没有任何依赖。对于不接触光线的数据中心，所有服务器组件每五年才更换一次。少数宕机的服务器直接离线即可，不会影响整体运行。微软特别项目研究组项目经理Cutler还强调，Natick项目表明数据中心的冷却并不需要消耗对人类、农业和野生动物至关重要的淡水资源。
微软正在寻找可以帮助陆上数据中心实现这一目标的方法。
未来可期
关于Natick项目前景的早期讨论，主要在于扩建水下数据中心来支持微软Azure云服务，这可能需要将十几艘或更多跟“the Northern Isles”机组体积相近的潜水仓联结在一起。
随着微软将重心从通用云计算转向智能云和智能边缘，微软认为有必要将小型化数据中心设置在距离客户较近的地方，而非人烟稀少地区。
Natick项目还涵盖了量子加密技术相关的多项测试。该技术被用来对关键敏感领域的信息数据进行加密保护。保护各行各业的数据安全，一直都是微软Azure的核心使命。Azure副总裁Chappell说：“这些技术已经能够实现快速部署。一经运行，算法就会持续对发送信号进行高级别加密。”
重见天日的数据中心
布满了海洋生物的外壳
随着高压水枪的冲洗，银白色的舱壁逐渐浮现
舱内的设备完好无损
服务器整齐的排列在舱内
事实证明这些水下数据中心的可靠性是陆上数据中心的8倍
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