在人工智能 (AI)、大數據和物聯網技術的時代，我們比以往任何時候都更加緊密地聯系在一起。支持這種連接的基礎設施是數據中心——容納服務器和系統的物理建築，這些服務器和系統使我們保持在线。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據中心的運行。
由於處理所有這些數據都需要大量能源，因此數據中心不能過熱至關重要。這需要能耗極高的冷卻基礎設施。在過去十年中，有一種假設提出了將數據中心置於水下，使用海水保持其冷卻的想法。本文將深入水下，以了解數據中心是什么、保持其冷卻的挑战以及水下數據中心未來的可能性。
什么是數據中心？爲什么它們很重要？
數據中心容納服務器和存儲系統，使我們的數字世界保持運轉。它們確保我們的電子郵件發送給正確的人，保護公司免受在线攻擊，並將我們的設備連接到智能手表、電視和汽車。如果沒有數據中心，我們所知道的世界將不復存在。
根據國際能源署 (IEA) 的數據，目前全球有 8,000 多個數據中心，其中約 33% 位於美國，16% 位於歐洲，近 10% 位於中國。目前，北弗吉尼亞州擁有世界上容量最大的數據中心，可處理全球約三分之一的在线流量。
人工智能時代的數據需求
人工智能、加密貨幣和大型語言模型推動的信息和數據需求不斷增長，大大增加了數據中心所需的電力。开發人工智能 (AI) 聊天機器人的公司競爭激烈，這些機器人可以翻譯句子、幫助你做作業或讓你的電子郵件聽起來更專業。由於這些新工具在人工智能時代的使用，IEA 預測，與 2022 年相比，2026 年數據中心將額外需要 160 TWh 至 590 TWh 的電力，相當於在世界上再增加一個德國。
保持數據中心冷卻需要大量能源
數據中心消耗大量電力來爲設備供電。這會導致大量的熱量浪費，需要對數據中心進行冷卻以防止過熱，而這個過程需要大量能源。
根據國際能源署的數據，數據中心的電力需求主要來自冷卻系統和服務器本身，兩者通常佔總消耗量的 40%。其余 20% 由電源系統、存儲設備和通信設備消耗。
目前，世界各地的數據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於我們家中的空調，並使用大量電力來使數據中心保持最佳溫度。液體冷卻使用液體冷卻劑吸收數據中心設備中的熱量，並且能耗明顯較低，需要更少的水和電力來運行。
保持水下數據中心冷卻
已經有許多技術旨在幫助數據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）將數據中心降溫所需的能源減少了 40%。另一項旨在尋找數據中心降溫新方法的實驗是微軟的 Natick 項目，這是一個水下數據中心，於 2018 年沉入蘇格蘭海岸附近的海洋中。
案例研究：微軟的 Project Natick——水下數據中心
2013 年，微軟假設將數據中心置於水下可以降低冷卻成本、提高施工效率，並爲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。
實驗結果令人鼓舞。水下數據中心的故障率僅爲陸地數據中心的八分之一，電力 100% 來自風能和太陽能。總體而言，數據中心的建設效率顯著提高，從工廠生產到投入運營僅需 90 天，而建造新數據中心則需要一到兩年的時間。微軟的水下數據中心實驗爲數據中心基礎設施和創新冷卻技術的未來展示了巨大的可能性。
數據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據中心。該公司在建造潛艇方面擁有豐富的經驗，潛艇與水下數據中心非常相似，是通常容納計算機和數據處理系統並需要冷卻的水下船只。該公司將用於冷卻潛艇的冷卻方法應用於數據中心項目。
爲了在水下保持涼爽，數據中心將海水從海洋中引出，通過其 12 個服務器隔間的背面，再流回海洋。研究人員發現，這一過程產生的熱量不會影響周圍的水環境，水會立即消散到周圍的水流中。
水下數據中心的優勢
海洋廣闊，爲基礎設施建設提供了充足的空間。我們已經利用美麗的海洋建設可再生能源基礎設施、架設連接城市的橋梁以及在全球範圍內運輸貨物。將這些寶貴的房地產用於安置數據中心以保持我們在陸地上的連接是合情合理的。水下數據中心在優化冷卻方面的一些優勢包括：
- 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設施
- 沿海地區擁有豐富的可再生能源（潮汐、風能、太陽能等）
- 將服務器放置在離居民更近的地方，讓人們能夠更快地獲得網絡連接
- 大量空間不需要在陸地上增加額外的基礎設施，降低了自然災害影響網絡的風險
從微軟的 Project Natick 等實驗中，我們在過去十年中了解到，在將世界數據中心遷移到海洋之前，仍有一些挑战需要克服。這些挑战包括：
- 人類難以訪問和維護水下服務器，需要开發先進的機器人技術
- 易受物理攻擊
- 與需要大量水下電纜的電網的連接問題
- 藤壺和甲殼類動物的形成可能會影響水下數據中心的熱量傳遞方式（也稱爲生物污垢）
- 易受海洋熱浪的影響
2024 年 2 月，三星物產的工程和建設 (E&C) 集團宣布了其使用浸入式冷卻的下一代數據中心冷卻方法。該方法通過將服務器直接浸入非導電液體中來冷卻服務器產生的熱量。與空氣和水等傳統冷卻方法相比，它具有更高的效率和更低的功耗。與現有的空氣冷卻系統相比，使用三星物產的浸入式冷卻系統，電力消耗減少了近 80%。
三星C&T的E&C集團在數據中心建設項目方面擁有專業知識，包括2024年在首爾郊區Hanam建成的40MW數據中心。該集團致力於开發更具創新性的方法來提高數據中心的能源效率，以實現更可持續的未來。
標題：數據中心冷卻：未來是在水下嗎？
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