在人工智能 (AI)、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的時代，我們比以往任何時候都更加緊密地聯(lián)系在一起。支持這種連接的基礎(chǔ)設(shè)施是數(shù)據(jù)中心——容納服務(wù)器和系統(tǒng)的物理建筑，這些服務(wù)器和系統(tǒng)使我們保持在線。搜索引擎中輸入的每個搜索查詢和我們上傳到社交媒體的每個圖像都需要能源來保持這些數(shù)據(jù)中心的運行。
由于處理所有這些數(shù)據(jù)都需要大量能源，因此數(shù)據(jù)中心不能過熱至關(guān)重要。這需要能耗極高的冷卻基礎(chǔ)設(shè)施。在過去十年中，有一種假設(shè)提出了將數(shù)據(jù)中心置于水下，使用海水保持其冷卻的想法。本文將深入水下，以了解數(shù)據(jù)中心是什么、保持其冷卻的挑戰(zhàn)以及水下數(shù)據(jù)中心未來的可能性。
什么是數(shù)據(jù)中心？為什么它們很重要？
數(shù)據(jù)中心容納服務(wù)器和存儲系統(tǒng)，使我們的數(shù)字世界保持運轉(zhuǎn)。它們確保我們的電子郵件發(fā)送給正確的人，保護公司免受在線攻擊，并將我們的設(shè)備連接到智能手表、電視和汽車。如果沒有數(shù)據(jù)中心，我們所知道的世界將不復(fù)存在。
根據(jù)國際能源署 (IEA) 的數(shù)據(jù)，目前全球有 8,000 多個數(shù)據(jù)中心，其中約 33% 位于美國，16% 位于歐洲，近 10% 位于中國。目前，北弗吉尼亞州擁有世界上容量最大的數(shù)據(jù)中心，可處理全球約三分之一的在線流量。
人工智能時代的數(shù)據(jù)需求
人工智能、加密貨幣和大型語言模型推動的信息和數(shù)據(jù)需求不斷增長，大大增加了數(shù)據(jù)中心所需的電力。開發(fā)人工智能 (AI) 聊天機器人的公司競爭激烈，這些機器人可以翻譯句子、幫助你做作業(yè)或讓你的電子郵件聽起來更專業(yè)。由于這些新工具在人工智能時代的使用，IEA 預(yù)測，與 2022 年相比，2026 年數(shù)據(jù)中心將額外需要 160 TWh 至 590 TWh 的電力，相當于在世界上再增加一個德國。
保持數(shù)據(jù)中心冷卻需要大量能源
數(shù)據(jù)中心消耗大量電力來為設(shè)備供電。這會導(dǎo)致大量的熱量浪費，需要對數(shù)據(jù)中心進行冷卻以防止過熱，而這個過程需要大量能源。
根據(jù)國際能源署的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中心的電力需求主要來自冷卻系統(tǒng)和服務(wù)器本身，兩者通常占總消耗量的 40%。其余 20% 由電源系統(tǒng)、存儲設(shè)備和通信設(shè)備消耗。
目前，世界各地的數(shù)據(jù)中心使用兩種主要的冷卻方法：空氣冷卻和液體冷卻。空氣冷卻的功能類似于我們家中的空調(diào)，并使用大量電力來使數(shù)據(jù)中心保持最佳溫度。液體冷卻使用液體冷卻劑吸收數(shù)據(jù)中心設(shè)備中的熱量，并且能耗明顯較低，需要更少的水和電力來運行。
保持水下數(shù)據(jù)中心冷卻
已經(jīng)有許多技術(shù)旨在幫助數(shù)據(jù)中心減少冷卻電力需求。 2016 年，谷歌利用機器學習(人工智能的一個分支)將數(shù)據(jù)中心降溫所需的能源減少了 40%。另一項旨在尋找數(shù)據(jù)中心降溫新方法的實驗是微軟的 Natick 項目，這是一個水下數(shù)據(jù)中心，于 2018 年沉入蘇格蘭海岸附近的海洋中。
案例研究：微軟的 Project Natick——水下數(shù)據(jù)中心
2013 年，微軟假設(shè)將數(shù)據(jù)中心置于水下可以降低冷卻成本、提高施工效率，并為使用可再生能源提供可能性。2018 年，該公司在“Project Natick”第二階段將一個長 12.2 米的防水鋼制壓力容器沉入蘇格蘭附近的北海海底。
實驗結(jié)果令人鼓舞。水下數(shù)據(jù)中心的故障率僅為陸地數(shù)據(jù)中心的八分之一，電力 100% 來自風能和太陽能。總體而言，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)效率顯著提高，從工廠生產(chǎn)到投入運營僅需 90 天，而建造新數(shù)據(jù)中心則需要一到兩年的時間。微軟的水下數(shù)據(jù)中心實驗為數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施和創(chuàng)新冷卻技術(shù)的未來展示了巨大的可能性。
數(shù)據(jù)中心如何在水下保持涼爽？
微軟與一家法國潛艇公司合作建造了他們的實驗性水下數(shù)據(jù)中心。該公司在建造潛艇方面擁有豐富的經(jīng)驗，潛艇與水下數(shù)據(jù)中心非常相似，是通常容納計算機和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)并需要冷卻的水下船只。該公司將用于冷卻潛艇的冷卻方法應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心項目。
為了在水下保持涼爽，數(shù)據(jù)中心將海水從海洋中引出，通過其 12 個服務(wù)器隔間的背面，再流回海洋。研究人員發(fā)現(xiàn)，這一過程產(chǎn)生的熱量不會影響周圍的水環(huán)境，水會立即消散到周圍的水流中。
水下數(shù)據(jù)中心的優(yōu)勢
海洋廣闊，為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供了充足的空間。我們已經(jīng)利用美麗的海洋建設(shè)可再生能源基礎(chǔ)設(shè)施、架設(shè)連接城市的橋梁以及在全球范圍內(nèi)運輸貨物。將這些寶貴的房地產(chǎn)用于安置數(shù)據(jù)中心以保持我們在陸地上的連接是合情合理的。水下數(shù)據(jù)中心在優(yōu)化冷卻方面的一些優(yōu)勢包括：
降低能源密集型冷卻和降低成本
高效的施工時間和更便宜的基礎(chǔ)設(shè)施
沿海地區(qū)擁有豐富的可再生能源(潮汐、風能、太陽能等)
將服務(wù)器放置在離居民更近的地方，讓人們能夠更快地獲得網(wǎng)絡(luò)連接
大量空間不需要在陸地上增加額外的基礎(chǔ)設(shè)施，降低了自然災(zāi)害影響網(wǎng)絡(luò)的風險
海底數(shù)據(jù)中心仍面臨挑戰(zhàn)
從微軟的 Project Natick 等實驗中，我們在過去十年中了解到，在將世界數(shù)據(jù)中心遷移到海洋之前，仍有一些挑戰(zhàn)需要克服。這些挑戰(zhàn)包括：
人類難以訪問和維護水下服務(wù)器，需要開發(fā)先進的機器人技術(shù)
易受物理攻擊
與需要大量水下電纜的電網(wǎng)的連接問題
藤壺和甲殼類動物的形成可能會影響水下數(shù)據(jù)中心的熱量傳遞方式(也稱為生物污垢)
易受海洋熱浪的影響
