TechTalkThai ศูนย์รวมข่าว Enterprise IT ออนไลน์แห่งแรกในประเทศไทย
ในเดือนสิงหาคมปี 2015 Microsoft ได้ส่ง ‘Leona Philpot’ – โปรโตไทป์ของ data center ใต้น้ำลงไปที่ความลึก 11 เมตรในมหาสมุทรแปซิฟิกใกล้ชายฝั่ง San Luis Obispo รัฐแคลิฟอร์เนีย และ Leona Philpot นี้เองที่เมื่อจบการทดลองในอีก 105 วันให้หลัง กลายมาเป็น data center ที่ใช้พลังงานน้อยที่สุดเท่าที่เคยมีมา แต่โครงการสุดล้ำครั้งนี้มีที่มาที่ไปยังไงกันแน่?
เรื่องราวเริ่มต้นที่ Sean James หนึ่งในทีมงานเทคโนโลยี data center ซึ่งเคยประจำการในเรือดำน้ำของกองทัพเรือสหรัฐฯเสนอว่าบริษัทควรจะเอาเซิฟเวอร์ฟาร์มลงไปไว้ใต้น้ำซึ่งจะช่วยประหยัดค่าทำความเย็น ลดต้นทุนการก่อสร้าง และเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานของเซิฟเวอร์
แต่แค่ออกไอเดียคงไม่พอ Sean และเพื่อนร่วมงาน Todd Rawlings นำไอเดียนี้เขียนขึ้นเป็น white paper และแจกจ่ายเอกสารนี้ไปทั่วบริษัท ในเอกสารฉบับนี้ พวกเขาอธิบายถึงการสร้าง data center ใต้น้ำและหนทางที่มันจะนำไมโครซอฟต์และผู้ให้บริการอื่นๆไปสู่การจัดการการเติบโตของธุรกิจ data center ด้วยวิธีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม
เป็นที่ขึ้นชื่ออยู่แล้วว่านักวิจัยของไมโครซอฟต์นั้นโปรดปรานความท้าทายเป็นที่สุด ไม่นานนัก Sean และ Todd ก็สามารถรวบรวมทีมและเริ่มต้นลงมือกับโปรเจค data center ใต้น้ำที่พวกเขาตั้งชื่อว่า Project Natick และสร้าง prototype ออกมาในอีก 12 เดือนให้หลัง
Data center ใต้น้ำ จะดีหรือ?
แน่นอนว่าโปรเจคนี้เต็มไปด้วยความท้าทายและข้อกังขามากมาย หนึ่งในคำถามแรกที่พวกเขาเผชิญคือ มันสมเหตุสมผลจริงๆหรือที่จะเอา data center ไปไว้ใต้น้ำ แม้มันจะช่วยประหยัดค่าทำความเย็นซึ่งเป็นรายจ่ายก้อนใหญ่ของผู้ประกอบธุรกิจ data center ก็เถอะ
ทีมงาน Project Natick ตอบคำถามนั้นดังนี้
ประการแรก การสร้าง data center ใต้น้ำจะทำให้ผู้ให้บริการ data center เพิ่มขยายขนาดได้ง่ายและเร็วขึ้น
โดยปกติแล้วในธุรกิจ data center บริษัทอาจจะต้องสร้างสถานที่ไว้รองรับ demand ของลูกค้าเป็นเวลานานก่อนที่จะมีลูกค้ามาใช้งานจริง ถ้าไม่เช่นนั้น เมื่อมีความต้องการใช้บริการที่มากขึ้นจนต้องสร้าง data center ใหม่ การก่อสร้างอาจใช้เวลาเป็นปีกว่าจะแล้วเสร็จ
การสร้าง data center แบบปัจจุบันที่ทำกันนั้น แม้ลักษณะอาคารอาจเป็นไปในรูปแบบเดิม แต่ในพื้นที่ที่ต่างกันย่อมมีปัจจัยที่ต่างกันอยู่มาก เช่นข้อกฎหมาย ภาษี สภาพอากาศ แรงงาน การจ่ายไฟฟ้า และการเชื่อมต่อเน็ตเวิร์ค สิ่งเหล่านี้เองที่ส่งผลกระทบต่อความเร็วในการก่อสร้าง
ในทางกลับกัน ไซต์ของ Natick จะประกอบไปด้วยกลุ่มของ pod – ท่อโลหะทรงกระบอกที่สามารถบรรจุเซิฟเวอร์หลายพันเซิฟเวอร์ไว้ด้วยกัน pod เหล่านี้อาจจะถูกวางไว้บนพื้นทะเลหรือลอยอยู่ในน้ำโดยยึดกับสายไฟที่พื้นทะเล ในความลึก 50 ถึง 200 เมตร และไม่กี่กิโลเมตรจากฝั่ง pod จะคงอยู่ในจุดเดิมจนกระทั่งมีการเปลี่ยนแปลงกับเครื่อเซิฟเวอร์ที่อยู่ด้านใน จะเห็นได้ว่าเป็นการติดตั้งแบบ “lights out” เต็มตัว นั่นคือ ไม่มีไฟฟ้า ไม่มีอากาศ ผู้ควบคุมสามารถแก้ไขระบบด้วยการเชื่อมต่อจากภายนอกเท่านั้น
pod เหล่านี้สามารถผลิตและส่งต่อไปตามสถานที่ต่างๆทั่วโลกเพื่อติดตั้งได้อย่างง่าย และไม่เหมือนกับบนพื้นดิน บรรยากาศใต้ทะเลนั้นค่อนข้างจะเหมือนกันหมดทุกที่บนโลก ฉะนั้นการปรับแต่ง pod จึงไม่จำเป็นอีกต่อไป ขั้นตอนที่ง่ายและรวดเร็วเหล่านี้จะทำให้ผู้ให้บริการสามารถขยายขนาดของบริการไปพร้อมๆกับการเติบโตของความต้องการของลูกค้า เป้าหมายของ Natick คือการสร้าง data center ใต้น้ำ ณ ที่ใดก็ตามในโลกให้ได้ภายใน 90 วันหลังการตัดสินใจ deploy
ประการที่สองคือเรื่องตำแหน่งของ data center
การเลือกสถานที่ตั้งของ data center ปัจจุบันนั้นมีปัจจัยร่วมกัน 4 อย่างหลัก คือค่าบริการไฟฟ้าไม่แพง สภาพอากาศเย็นพอสมควร ที่ดินถูก และไม่เป็นที่รบกวนประชาชนรอบข้าง ปัจจัยเหล่านี้บางครั้งก็กลายมาเป็นข้อจำกัดที่ผลักให้ data center ต้องออกไปตั้งอยู่ในจุดที่ห่างไกลจากผู้ใช้อินเทอร์เน็ต และทำให้เวลาในการตอบสนองของเซิฟเวอร์ช้า ทั้งที่ปัจจุบันความต้องการการตอบสนองที่เร็วนั้นเพิ่มขึ้นสูงมากอย่างไม่เคยมีมาก่อน
อาจจะเป็นที่น่าแปลกใจอยู่ไม่น้อยสำหรับผู้อ่านว่าเกือบครึ่งของประชากรโลกนั้นอาศัยอยู่ภายในรัศมี 100 กิโลเมตรจากทะเล ฉะนั้นการสร้าง data center ใต้ทะเลก็คือการเขยิบ data center เข้ามาใกล้ผู้ใช้อินเทอร์เน็ตมากขึ้นนั่นเอง
ประการที่สาม data center ใต้น้ำจะช่วยประหยัดค่าทำความเย็นไปได้มาก
ในอดีต data center มักติดตั้งอุปกรณ์ทำความเย็นที่คอยทำงานเป็นเครื่องปรับอากาศภายในอาคาร เครื่องปรับกาศนี้จะรักษาอุณหภูมิภายในที่ 18 ถึง 27 องศาเซลเซียส ทว่าในบางครั้งก็ใช้ไฟเกือบเท่ากับที่เครื่องเซิฟเวอร์ใช้ ผู้ให้บริการบางเจ้าจึงเปลี่ยนไปใช้ระบบ free-air cooling ซึ่งคือการใช้ประโยชน์จากอากาศภายนอกมาปรับความเย็นให้กับเซิฟเวอร์ แม้วิธีนี้จะลดค่าใช้จ่ายเหลือเพียง 10-30% แต่ก็เป็นระบบที่อิงกับสภาพอากาศภายนอกและใช้ทรัพยากรน้ำจำนวนมากในการช่วยปรับความเย็นให้อากาศ ซึ่งอาจก่อให้เกิดปัญหาขาดแคลนในหน้าแล้งหรือน้ำกัดเซาะอุปกรณ์ใน data center ได้ง่าย
ปัญหาเหล่านี้จะไม่เกิดขึ้นเมื่อเรายก data center ลงไปไว้ใต้น้ำ Natick มีระบบแลกเปลี่ยนความร้อนภายใน pod เป็นน้ำและนำน้ำนี้ไปหมุนเวียนกับน้ำเย็นข้างนอก pod แน่นอนว่าประสิทธิภาพของวิธีนี้ย่อมขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของน้ำในทะเล แต่จากธรรมชาติของทะเล เมื่อลงไปลึกถึงระยะหนึ่ง อุณหภูมิใต้น้ำจะมีความเย็นที่เพียงพอ เช่นในรัฐที่ร้อนจัดอย่างฟลอริด้า ที่ความลึก 200 เมตร ใต้ท้องทะเล อุณหภูมิของน้ำจะอยู่ที่ต่ำกว่า 15 องศาเซลเซียสตลอดปี
Leona Philpot – data center ใต้น้ำตัวแรก
ตามที่ได้กล่าวไปข้างต้น ทีมงาน Natick ได้ส่ง ‘Leona Philpot’ โปรโตไทป์ตัวแรกลงไปใต้ท้องทะเลลึก 11 เมตรเป็นเวลา 105 วัน ตลอดเวลาการทดลองนี้ pod ได้ใช้พลังงานไปเพียง 3% ของพลังงานที่ถูกใช้ใน data center ที่ใช้ระบบทำความเย็นแบบดั้งเดิม โดยมีอุณหภูมิเฉลี่ยนประมาณเดียวกันหรือต่ำกว่า นอกจากนี้ pod ยังปลอดภัยจากความเสี่ยงต่ออุปกรณ์ต่างๆเพราะมีความเป็นสูญญากาศปราศจากละอองน้ำและฝุ่น
ข้อมูลทั้งหมดใน pod ของ Natick จะถูก encrypt และใช้มาตรการด้านความปลอดภัยมาตรฐานเดียวกับ data center อื่นๆของไมโครซอฟต์ และแม้ยากที่จะมีใครเข้าถึง data center ใต้ทะเลเอง ตัว pod ยังมีเซ็นเซอร์คอยตรวจตราสิ่งรอบๆตัวรวมทั้งผู้เยี่ยมชมที่ไม่ได้รับเชิญ
Data center ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
อีกเป้าประสงค์หนึ่งของ Project Natick นี้คือสร้าง data center ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม โดยทีมงานได้มีความพยายามให้ data center ใต้น้ำใช้พลังงานจากแหล่งที่ทดแทนได้ เช่นโรงไฟฟ้าพลังลม หรือการสร้างไฟฟ้าจากคลื่นหรือกระแสน้ำทะเล
การวาง data center ใต้น้ำใกล้กับแหล่งพลังงานดังกล่าวจะส่งผลดี 2 เรื่อง คือ 1) สามารถขอให้โรงไฟฟ้าจ่ายไฟฟ้าที่มีแรงดันต่ำกว่าไฟฟ้าตามสายทั่วไป ลดความจำเป็นในการแปลงไฟ และ 2) การใช้ไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานจากธรรมชาติจะก่อให้เกิด redundancy ของแหล่งไฟฟ้าโดยอัตโนมัติ
ผู้อ่านอาจมีข้อสงสัยเพิ่มเติมในผลกระทบจากระบบแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งจะระบายน้ำที่มีอุณหภูมิสูงกว่าปกติออกสู่ภายนอก ในส่วนนี้ทางทีมงาน Natick ได้ศึกษามาแล้วว่าการระบายน้ำออกก่อให้เกิดความเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิน้อยมากจึงไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
ความท้าทายที่ต้องสู้กันต่อไป
หนึ่งในความท้าทายที่ทีมงานขบคิดกันมาตั้งแต่เริ่มคือการรับมือกับสัตว์น้ำจำพวกเพรียงทะเลที่จะมาเกาะอาศัยอยู่บน pod และดึงดูดสัตว์น้ำอื่นๆเข้ามาสร้างระบบนิเวศน์ ตัว pod เองนั้นถูกออกแบบให้การกลายมาเป็นบ้านของสัตว์ทะเลไม่เป็นอุปสรรคต่อการหมุนเวียนของความร้อน แต่จุดที่น่ากังวลใจคือบริเวณระบบแลกเปลี่ยนความร้อนภายนอกที่อาจโดนสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ก่อกวนได้ง่าย
ทีมงาน Natick เองได้มีการทดลองแก้ปัญหานี้หลายวิธี เช่นการใช้วัสดุที่ต้านการเกาะตัวของสิ่งมีชีวิตใต้ทะเล การไล่ด้วยรังสี UV หรือการใช้คลื่นเสียงรบกวน ทว่ายังไม่ได้ผลเป็นที่น่าพอใจนัก แม้ในการทดลองที่ผ่านมาจะไม่มีสัตว์ทะเลมารบกวนในส่วนของการแลกเปลี่ยนความร้อนเลยแม้แต่น้อย แต่ก็ยังนับเป็นหนึ่งในปัญหาที่ทีมงานต้องต่อสู้กันต่อไป
อีกหนึ่งปัญหาใหญ่ที่ทีมงานกังวลที่สุด คือปัญหาความเสียหายที่เกิดกับอุปกรณ์ภายใน pod เนื่องจาก pod ถูกออกแบบมาให้ไม่สามารถเข้าไปตรวจสอบข้างในได้ การซ่อมแซมจึงจะต้องถูกทำโดยอัตโนมัติหรือด้วยคำสั่งจากภายนอกเท่านั้น การแก้ปัญหาข้อนี้ประจวบเหมาะกับโครงการของ Microsoft เองที่กำลังพัฒนาโซลูชั่นการตรวจสอบปัญหาและแก้ไขโดยโดยไม่พึ่งพาคำสั่งของมนุษย์เพื่อไปใช้ใน data center อื่นๆเช่นกัน ฉะนั้นในอนาคตจะได้เห็นเทคโนโลยีนี้ถูกนำมาใช้ใน Natick แน่นอน
ด้วยความต้องการใช้งาน data center ที่สูงขึ้นทุกวัน การคิดค้นพัฒนาเทคโนโลยี data center ที่ทั้งทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมจึงเข้ามามีบทบาทสำคัญในการก้าวไปสู่อนาคต อีกไม่นาน เราอาจได้เห็นการก่อสร้าง data center มากขึ้นเรื่อยๆ
หรืออาจจะไม่เห็นเลย เพราะพวกมันจะย้ายลงไปอยู่ใต้ทะเลแล้ว
ที่มา: http://spectrum.ieee.org/computing/hardware/want-an-energyefficient-data-center-build-it-underwater
