در عصر هوش مصنوعی، داده‌های حجیم و اینترنت اشیا (IoT)، ارتباطات ما بیش از هر زمان دیگری گسترده شده است. زیرساخت‌های پشتیبانی‌کننده این ارتباطات، مراکز داده هستند؛ ساختمان‌های فیزیکی که سرورها و سیستم‌های مورد نیاز برای حفظ اتصال ما را در خود جای می‌دهند.
هر جستجو در گوگل و هر تصویر آپلود شده در شبکه‌های اجتماعی، به انرژی برای حفظ عملکرد مراکز داده نیاز دارد.
با توجه به حجم عظیم داده‌های پردازش‌شده و نیاز به انرژی فراوان، گرم شدن بیش از حد مراکز داده امری طبیعی است. این مسئله نیز به زیرساخت‌های خنک‌سازی با مصرف انرژی بالا نیاز دارد.
در دهه گذشته، فرضیه‌ای جالب مبنی بر قرار دادن مراکز داده زیر آب و استفاده از آب دریا برای خنک‌سازی آنها مطرح شده است. این مقاله به بررسی مراکز داده، چالش‌های خنک‌سازی آنها و امکان‌پذیری مراکز داده زیر دریا می‌پردازد.
مراکز داده چه هستند و چرا اهمیت دارند؟
مراکز داده سرورها و سیستم‌های ذخیره‌سازی را در خود جای می‌دهند که دنیای دیجیتال ما را سرپا نگه می‌دارند. آنها اطمینان حاصل می‌کنند که ایمیل‌های ما ارسال می‌شود، شرکت‌ها را از حملات آنلاین محافظت می‌کنند و دستگاه‌های ما را به ساعت‌های هوشمند، تلویزیون‌ها و خودروها متصل می‌کنند. اینترنتی که می‌شناسیم بدون مراکز داده وجود نخواهد داشت.
طبق گزارش آژانس بین المللی انرژی (IEA)، در حال حاضر هزاران مرکز داده در سراسر جهان وجود دارد که حدود 33 درصد از آنها در ایالات متحده، 16 درصد در اروپا و نزدیک به 10 درصد در چین واقع شده‌اند. در حال حاضر، ویرجینیای شمالی بزرگترین ظرفیت مراکز داده در جهان را دارد و می‌تواند حدود یک سوم ترافیک آنلاین جهانی را اداره کند.
تقاضای داده در عصر هوش مصنوعی
افزایش تقاضا برای اطلاعات و داده‌ها که توسط هوش مصنوعی، ارزهای دیجیتال و مدل‌های بزرگ زبانی هدایت می‌شود، به طور قابل توجهی برق مورد نیاز برای تأمین انرژی مراکز داده را افزایش داده است.
رقابت شدیدی بین شرکت‌هایی وجود دارد که در حال توسعه چت‌بات‌های هوش مصنوعی هستند که می‌توانند زبان‌های دیگر را ترجمه کنند، در انجام تکالیف به شما کمک کنند یا متن نامه‌ها و ایمیل‌های شما را حرفه‌ای‌تر کنند.
به دلیل استفاده از این ابزارهای جدید در عصر هوش مصنوعی، آژانس بین‌المللی انرژی پیش‌بینی می‌کند که مراکز داده در سال 2026 نسبت به سال 2022 به 160 تا 590 تروات ساعت برق اضافی نیاز خواهند داشت که معادل اضافه شدن یک آلمان دیگر به جهان است.
خنک‌سازی مراکز داده بسیار انرژی‌بر است
مراکز داده برای تأمین انرژی تجهیزات خود برق زیادی مصرف می‌کنند. این امر منجر به تولید مقدار زیادی گرما می‌شود که نیاز به خنک‌سازی مراکز داده برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد دارد، فرآیندی که بسیار انرژی‌بر است.
طبق گزارش آژانس بین‌المللی انرژی، تقاضای برق مراکز داده عمدتاً از سیستم‌های خنک‌سازی و خود سرورها ناشی می‌شود که هر کدام معمولاً 40 درصد از مصرف کل را تشکیل می‌دهند. 20 درصد باقی‌مانده توسط سیستم تامین برق، دستگاه‌های ذخیره‌سازی و تجهیزات ارتباطی مصرف می‌شود.
مراکز داده در سراسر جهان در حال حاضر از دو روش اصلی خنک‌سازی استفاده می‌کنند: خنک‌سازی هوا و خنک‌سازی مایع.
خنک‌سازی هوا مشابه کولرهای گازی منازل عمل می‌کند و برای حفظ دمای مطلوب مراکز داده از مقدار قابل توجهی برق استفاده می‌کند. خنک‌سازی مایع از یک مایع خنک‌کننده برای جذب گرمای تجهیزات در مرکز داده استفاده می‌کند و بسیار کمتر انرژی‌بر است و به آب و برق کمتری برای عملکرد نیاز دارد.
کاهش مصرف انرژی خنک‌سازی مراکز داده
روش‌های مختلفی برای کاهش مصرف برق مورد نیاز برای خنک‌سازی مراکز داده طراحی شده است. در سال 2016، گوگل با استفاده از یادگیری ماشین، زیرمجموعه‌ای از هوش مصنوعی، توانست میزان انرژی مورد نیاز برای خنک‌سازی مراکز داده را 40 درصد کاهش دهد. آزمایش دیگری که برای یافتن راه‌های جدید برای خنک‌سازی مراکز داده انجام شد، پروژه ناتیک مایکروسافت بود که یک مرکز داده زیر آبی بود که در سال 2018 در اقیانوس در آب‌های سواحل اسکاتلند قرار گرفت.
بررسی پروژه ناتیک، مرکز داده زیردریایی مایکروسافت
در سال 2013، مایکروسافت فرضیه‌ای مطرح کرد مبنی بر اینکه قرار دادن مراکز داده زیر آب می‌تواند هزینه‌های خنک‌سازی را کاهش دهد، بهره‌وری ساخت و ساز را بهبود بخشد و امکان استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر را فراهم کند. در سال 2018، این شرکت یک مخزن فشار فولادی ضد آب به طول 12.2 متر را در مرحله دوم پروژه ناتیک در کف دریای شمال نزدیک اسکاتلند در دریا مستقر کرد.
نتیجه آزمایش امیدوارکننده بود. مرکز داده زیر آب یک هشتم نرخ خرابی یک مرکز داده زمینی را داشت و با برق 100 درصد تولید شده از باد و خورشید تامین می‌شد. به طور کلی، بهره‌وری ساخت مرکز داده به طور قابل توجهی بهبود یافت و از تولید کارخانه تا بهره‌برداری 90 روز طول کشید، در حالی که ساخت یک ساختمان مرکز داده جدید اکثر اوقات یک تا دو سال طول می‌کشد. آزمایش مرکز داده زیر آبی مایکروسافت نتایج بسیار خوبی را برای آینده زیرساخت‌های مرکز داده و تکنیک‌های خنک‌سازی نوآورانه نشان می‌دهد.
مراکز داده زیر آب چگونه خنک می‌مانند؟
مایکروسافت برای ساخت مرکز داده آزمایشی زیر آبی خود با یک شرکت زیر دریایی فرانسوی همکاری کرد. این شرکت تجربه فراوانی در ساخت زیردریایی‌ها داشت که همانند مراکز داده زیر آبی، شناورهای زیر آبی هستند که معمولاً سیستم‌های کامپیوتری و پردازش داده را در خود جای می‌دهند و نیاز به خنک‌سازی دارند. این شرکت روش‌های خنک‌سازی مورد استفاده برای زیردریایی‌ها را برای پروژه مرکز داده تطبیق داد.
برای خنک ماندن زیر آب، مرکز داده آب دریا را از طریق پشت 12 محفظه سرور خود به داخل و سپس به بیرون از اقیانوس پمپ می‌کرد. محققان دریافتند که گرمای حاصل از این فرآیند بر محیط آب اطراف تأثیری ندارد و آب بلافاصله در جریان‌های اطراف پراکنده می‌شود.
مزایای مراکز داده زیر دریا
اقیانوس‌ها وسیع هستند و فضای فراوانی را برای ساخت زیرساخت‌ها فراهم می‌کنند. ما از گذشته از اقیانوس‌های شگفت‌انگیز خود برای ساخت زیرساخت‌های انرژی تجدیدپذیر، ساخت پل برای اتصال شهرها و حمل بار در سراسر جهان استفاده می‌کنیم. منطقی است که از این املاک ارزشمند برای میزبانی مراکز داده‌ای استفاده شود که ما را در خشکی به هم متصل نگه می‌دارد. برخی از مزایای مراکز داده زیر آبی برای بهینه‌سازی خنک‌سازی عبارتند از:
- خنک‌سازی کم‌مصرف‌تر و هزینه‌های پایین‌تر
- زمان ساخت کارآمد و زیرساخت‌های ارزان‌تر
- فراوانی انرژی‌های تجدیدپذیر در مناطق ساحلی (جزر و مد، باد، خورشیدی و غیره)
- قرار دادن سرورها نزدیک‌تر به جمعیت، دسترسی افراد به اتصال شبکه سریع‌تر
- فضای وسیع که به زیرساخت‌های اضافی در خشکی نیاز ندارد، خطر تأثیر بلایای طبیعی بر شبکه‌ها را کاهش می‌دهد.
چالش‌های پیش روی مراکز داده زیر دریا
از آزمایش‌هایی مانند پروژه ناتیک مایکروسافت، در دهه گذشته آموخته‌ایم که هنوز چالش‌هایی وجود دارد که باید قبل از انتقال مراکز داده جهان به اقیانوس‌ها برطرف شود. برخی از این چالش‌ها عبارتند از:
- به دلیل دشواری دسترسی و نگهداری سرورهای زیر آب برای انسان‌ها، توسعه فناوری پیشرفته رباتیک مورد نیاز است
- آسیب‌پذیری سرورها در اعماق اقیانوس در برابر آسیب‌ها و حملات فیزیکی
- مشکلات اتصال به شبکه‌های برق که به کابل‌های زیر آب زیادی نیاز دارند
- تشکیل صدف‌ها و سخت‌پوستان روی سطح مرکز داده می‌تواند بر نحوه انتقال گرما در مراکز داده زیر آب تأثیر بگذارد
- تاثیرگذاری بر امواج گرمایی دریایی