【省水大挑戰】繼水下資料中心後,微軟這次要把伺服器放到「按摩浴缸」裡

(本文經合作夥伴 大數據文摘 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈繼把數據中心沉入海底後,微軟又把服務器浸入了“按摩浴缸” 〉。)

【我們為什麼挑選這篇文章】資料中心是全球協同運作的特定裝置網路,用於安置電腦系統及相關機器設備。一座大型資料中心消耗的電約和一個小城鎮工業業務規模一樣多,相當耗能,但除了耗電外,資料中心其實也是個「吃水怪獸」,需要大量的水來冷卻高密度的運轉。

微軟多年來致力於減少資料中心的碳足跡,早於 2014 年就開始探索在水下安置資料中心的想法,且經過兩次試驗後,確定為可行方案,近期微軟宣布另一種冷卻資料中心的方案——將其伺服器浸入「浴缸中」,成效會是如何?(責任編輯:賴佩萱)

資料中心的耗能問題一直是各家科技公司的「老大難」問題。據統計,美國國內的資料中心的耗電量,占到了全美電能消耗的 2%。資料中心快速增長也造成了巨大的能耗。

因此,不少資料中心都在竭盡全力探索可能的節能提效方案。而作為全球雲端和運算的耗能大戶,微軟在近幾年一直在不遺餘力的探索可行方案,比如在 2018 年建立「水下資料中心」。

最近,微軟又公開宣布,將其伺服器浸入「浴缸中」,以提高其性能和能效。

是的你沒聽錯,微軟給伺服器造了一批「沙發水箱」,將高效運轉的伺服器浸入其中,透過沸騰效應降溫。乍看還真像是把伺服器放進了按摩浴缸中。

不過泡伺服器的液體,並不是常見的水,是一種特殊的液體,對電子設備無害,其沸點比水低很多,為華氏 122 度(攝氏 50 度)。

伺服器工作時產生的熱量很容易讓這些液體沸騰,沸騰效應會將熱量從電腦處理器中帶走。這一低溫煮沸可以使伺服器能夠在全功率下連續運行,而不會因過熱而導致故障。

而在儲罐內部,從沸騰的流體中升起的蒸汽與儲罐蓋中的冷卻冷凝器接觸,這導致蒸汽變為液體,這些「雨水」再回到浸入式伺服器中,從而形成了一個閉環冷卻系統,由於不需要能量來使液體繞箱移動,並且不需要冷凝器,也不需要冷卻器,從而降低了成本。

伺服器躺在浴缸裡,洗澡嗎?

微軟資料中心高級開發小組副總裁 Christian Belady 在接受 The Verge 採訪時解釋說:「這實際上就是伺服器的一個浴缸。」、「機架躺在浴缸內,沸騰的水就像鍋子裡沸騰的一樣。」

這種沉浸式工藝已經在行業中存在了幾年,近年來,加密貨幣挖礦經常使用這種類型的液體冷卻來挖比特幣和其他加密貨幣。這種方法激發了微軟在過去幾年中試用其用途,用於抵禦雲端需求的激增和機器學習等應用程序的密集工作負載。

微軟聲稱它是「第一家在生產環境中運行兩相浸入式冷卻的雲端提供商。」

沸騰的液體圍繞著 Microsoft 數據中心的伺服器

為資料中心做「液體浴」,有效降低用水與空間使用

目前,大多數資料中心都是空冷的:使用外部空氣,並透過蒸發將其降到攝氏 35 度以下,從而對其進行冷卻。

這種方式會消耗大量的水,而 新開發的這種「液體浴」技術​​旨在減少用水量 。Belady 說:「它有可能消除資料中心的用水需求,因此對我們而言,這確實是一件重要的事情。」

「這種伺服器桶還使微軟可以將硬體更緊密地打包在一起,與傳統的空氣冷卻相比,從長遠來看,這種方式應該減少所需的空間量 。」

微軟最初在內部生產工作量較小的情況下對其進行了試用,並計劃在將來更廣泛地使用它。Belady 說:「它位於一個小型資料中心,我們正在尋找一個機架的價值。」、「我們有一個整體的階段性方法,下一階段很快就會有多個機架。」

微軟將主要研究這種新冷卻的可靠性含義,以及它可以為雲端和 AI 需求提供哪些類型的突發工作負載。「我們希望可靠性更高。幾年前,我們與 Project Natick 的合作確實證明了從環境中消除濕氣和氧氣的重要性。」Belady 解釋說。

Belady 指出,液體冷卻是一種行之有效的技術。如今,道路上的大多數汽車都依靠它來防止發動機過熱。包括微軟在內的多家技術公司正在試驗冷板技術,該技術透過將液體通過金屬板輸送到伺服器來冷卻伺服器。

加密貨幣行業的參與者開創了用於計算設備的液浸冷卻的先驅,利用它來冷卻記錄數字貨幣交易的晶片。

「兩相液體浸沒式冷卻方案」耗能降低許多

微軟調查了液體浸沒作為 AI 等高效能電腦應用程序的冷卻解決方案。除其他事項外,調查顯示,這種浸入式冷卻可將任何給定伺服器的功耗降低 5% 至 15%。

這些發現促使微軟團隊與資料中心 IT 系統製造商和設計師 Wiwynn 合作,開發了兩相浸入式冷卻解決方案。第一個解決方案現在在昆西的微軟資料中心運行。

微軟技術研究員兼公司副總裁 Marcus Fontoura 表示,這種向兩相液體浸沒式冷卻的轉變可以提高靈活性,以有效地管理雲資源。

例如,管理雲端資源的軟體可以將資料中心計算需求的突然峰值分配給液冷儲罐中的伺服器。這是因為這些伺服器可以在較高的功率下運行,而不會出現過熱的風險。

「例如,在下午 1 點或 2 點時,是一個會議高峰」Fontoura 說。「浸入式冷卻為我們提供了更大的靈活性來處理這些突發性工作負載。」

微軟為其液體浴伺服器提供的專用容器(圖片來源:微軟)

微軟水下伺服器實驗證實可行!

其實,微軟早在 2014 年就產生了探索水下伺服器的想法。

在 2014 年微軟一場 ThinkWeek「腦暴」大會上,有人提出了這樣的想法,想法的初衷是為沿海用戶提供更快的雲端服務,以及盡可能節約能源。

這一想法得到了微軟的認可,並於 2015 年開始實驗。2015 年,微軟就在加州沿海的一個資料中心進行了一次為期 105 天的實驗,以驗證這些電腦是否能在水中倖存下來。

隨後的第二輪實驗,微軟將其第一個水下資料中心送入蘇格蘭奧克尼群島附近的海底。

這個資料中心包含 864 台伺服器和 27.6 PB 的儲存設備,並且在水底一待就是兩年。經過兩年的測試,微軟證實,水下資料中心確實可靠,而且比陸地的資料中心強得多。

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而水下伺服器只是微軟發展可持續資料中心的一個部分,資料中心高級開發團隊還正在探索使用氫燃料電池代替柴油發電機在資料中心進行備用發電的潛力。

資料中心耗水量大,微軟朝「用水量零」邁進

未來,Project Natick 團隊希望水下資料中心可以實現每五年更換一次伺服器,並且做到伺服器的輕鬆刪除和回收。

這項工作的一部分還與微軟解決水短缺的環境承諾有關。微軟承諾,到 2030 年,補充的水量將超過其全球運營所用的水量。這包括 Microsoft 在其辦公室使用現場雨水收集系統,以及收集從空調到水廠的冷凝水。微軟在 2019 年從市政系統和其他本地水源了使用了近 800 萬立方公尺的水,2018 年這個數字為 700 萬立方公尺。

鑑於其用水量不斷增加的趨勢,微軟解決其用水量的工作將極具挑戰性,但如果更廣泛地推廣使用,則兩相浸沒式的項目無疑會有所幫助。「我們的目標是使用水量降至零」相關人員稱。「這是我們的指標,所以這就是我們正在努力的方向。」

(本文經合作夥伴 大數據文摘 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈繼把數據中心沉入海底後,微軟又把服務器浸入了“按摩浴缸” 〉。)

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