Google海上数据中心介绍
- 1. Google 海上数据中心介绍 腾讯网络平台部数据中心规划组 李典林 Email：dufresne545@gmail.com 当 Google 在俄勒冈州（Oregon）的数据中心满载运行时，消耗的电力基本上和纽卡斯尔 （Newcastle）一个城市所有的家庭用电量加起来一样多。寻找廉价电源在计算机和互联网速度 越来越快的背后，是日积月累的耗电问题。“电费开支早晚要比电脑硬件本身更贵”，这是 Google 工程师拉兹罗·安德烈·巴罗佐早在 2005 年底接受 Cnet 采访时就发出的抱怨。 在这样紧迫的形势之下， Google 把触角伸向了海下。Google 工程师已找到一条解决之道 —打造“自给自足”的漂浮的数据中心。根据 Google 递交的一份专利申请，风力涡轮机和波浪 能发电机将为这个数据中心提供电力，海水则负责为散发巨大热量的服务器降温。除此之外，海 面这个“不动产资源”本质上也是免费的。 利用海水发电和降温在Google 一连串的解决高能耗问题的措施中，最引人注目的当属其“漂 浮的数据中心”计划。虽然全球很多大型服务器制造商已经懂得运用水冷式来冷却计算机设备， 而 Google 的专利申请则预见未来可利用海洋当作巨大的散热冷源。这项专利在 2007 年 2 月提 出，该技术被《时代》杂志评为 2008 年最好的科技发明之一。那么 Google 又是如何做的呢， 开始今天的 google 海上数据中心探秘之旅吧。 一、google 海上数据中心原理介绍 互联网的高速发展导致能耗不断增加，与此同时，用户对带宽和速度的追求也在不断攀升，
- 2. 如果大量小型的数据中心整合在一起集中建设，并通过把内容分发到离用户近的低能耗站点，可 以带来总体能耗降低的同时，还能提高用户的体验。高昂的房价与紧缺的土地资源也是限制在城 市内建设数据中心的限制因素之一，不占用土地基础设施成为建立海上数据中心的关键因素。而 且我们知道世界上有较大比例的人口生活在水域周边，比如将标准集装箱的计算中心建设在轮船 上，灵活安装快速移动到能源更为便宜网络更为发达的地方，或者供电的能源可以从附近海水的 波动中获得，同时将机器产生的大量热量散发到巨大的海洋中，这样不仅可以快速满足紧急需要 的计算需求，还能大大节省能源账单，上图就是这样的一个例子。 集装箱运输船 102 的甲板上排列或者堆叠着多个 google 的标准集装箱数据中心（google 集 装箱数据中心的详细介绍，以及 google 集装箱数据中心的堆叠和建设模式可以参考拙作《Google 集装箱数据中心揭秘》一文），这些集装箱数据中心由海浪波动产生电能的波力发电机 106 来供 电，而制冷方面则由波力发电机 110 驱动的水泵来将热量散发到海洋中，这样整个数据中心就可 以不用从传统的电网来获取能量。标准集装箱可以被提前在工厂预装好，通过卡车或者货柜车运 送到海边，吊装到轮船甲板上，接到提前预先建设好的供电、供冷接口，然后轮船离岸停泊在波 浪能足够大的地方。当然，如果出现天气非常恶劣、负载突增、或者波力发电机故障等情况下， 集装箱数据中心的保障系统就要启用，比如在甲板下面的柴油发电机在电力异常情况下快速投入 保障持续供电。最后如果集装箱数据中心到了退役年限，或者需要升级，则直接快速更换集装箱 即可。 二、google 海上数据中心发电篇 如前面图标示为 106 每个波力发电机由多个浮链构成，比如 106A-D 四个单元构成，每个单 元可以互相扭动发电，以 Plimas P-750 波力发电机为例，每个浮链单元的直径为 3.5 米，长度为 150 米，每个浮链可以产生 750KW 的能量，每个波力发电机功率达到 2.25WM，那么漂浮在离
- 3. 岸 3 至 7 英里外每平方千米面积内大约 40 个这样的波力发电机可以发电的功率高达 30WM。波 力发电机的尺寸和规模也可以根据不同的应用来选择，比如前面提到的大型波力发电机 106 可以 用于给海上数据中心供电，也有类似在轮船周围标示为 110 的这种小型波力发电机用于给数据中 心的制冷水泵来供电，如果需要更大的供电和散热能力，也可以不断增加这些发电机的数量等。 这些波力发电机可以由轮船 102 拖到新的目的地，或者也可以直接由轮船运输到新的目的地，比 如那些沿海人口密集的地方，或者军事前线以及抢险救灾的应急场合。 我们知道世界上大多数的网络基础设施都在海底，这些密布的海缆很容易给海岸周边的这些 海上数据中心来提供便捷的网络接入，而且标准集装箱的公路运输和轮船海运非常成熟，归一化 运维也非常简单，而且轮船上还方便给船员和运维人员提供住宿和生活补给，顶部的直升机降落 平台也便于人员快速到达检修维护变更等。除了前面提到的甲板下的柴油发电机可以作为备用供 电的保障，还可以储存部分能源用于风平浪静的低发电情况，比如在海浪较大的时候波力发电机 可以通过储能电池存储部分富余的能量，而在风平浪静的时候往往太阳很大，此时通过给集装箱 遮阳的太阳能板也可以存储部分太阳能用于海上数据中心供电，或者风较大的时候还可以通过甲 板上安装的风力发电机收集更多的风能等。或者如果大家担心海浪的波动对集装箱数据中心内部 的 IT 设备有影响的话，也是可以把数据中心建设在海岸边的陆地上，仍然可以从附近海面的波 力发电机来供电，也可以通过水管从海底抽取冷水给岸上的数据中心来供电。这种情况下，如果 波力发电机产生的电力不够，可以直接从所在地的陆上电网来补充提供额外的电力，或者当波力 发电机发出的电力太多，数据中心消耗不完，也可以上传到电网中直接卖给当地的电网公司。 三、google 海上数据中心散热篇 在海水温度较低的地方，可以直接通过抽取海表面底下一定深度的低温海水给集装箱数据中 心提供冷量，由于海水具有一定的腐蚀性，不能直接用到集装箱内的空调末端，所以需要采用防
- 4. 腐蚀玻璃纤维材料的板式换热器等办法来隔离海水，一端采用封闭的内循环淡水经过板换另外一 侧外循环的冰冷海水降温后再送入集装箱数据中心内，大海是个巨大的吸热体，足以将这些数据 中心产生热量吸收掉。而且我们知道温度较低的海水密度较大在底层，而温度较高的海水在表层， 这样经过开环板换的抽入海面深层的较低温度冷水和加热后被排出到海表面的的较高温热水不 会混合在一起。Google 应该也是基于此技术的研究和积累，后来在芬兰哈米纳的数据中心也采 用了类似的海水直接给数据中心制冷的技术，不再需要传统高耗能的制冷机，这是后话。 上图是海上数据中心的侧视图，轮船 204 上面摆放了多个集装箱数据中心 202，一个或者多 个波力发电机 206 通过供电线缆 208 经由轮船内 224 配电站分配电力给集装箱 202A/202B 或者 制冷水泵 216 供电。抽水管道 210 从较深处的海面底下抽取低温海水，并通过水泵 216 和板式换 热器（这里并没画出），然后再由支管 218 送入到每个集装箱数据中心内部。经过服务器加热之 后的热水由 220 回水管通过 214 排水口直接排放到轮船后面的海洋表面。 上图是海上数据中心的俯视图，大家可以更为清晰得看到其集装箱的泊位和供电供水管路布 置，海水直接从标示为 504 的水管进入 506 板式换热器，板换的左侧是闭环的淡水内循环，制冷 后的冷冻水进入集装箱数据中心，被加热后经 512 回水管回到板换继续被制冷不断循环；而板换 的右侧是开环的海水外循环，从 504 管口进来，被加热后直接排放到 508 排水口。板式换热器 506 在淡水一侧由于很少受到腐蚀，检修维护量很小，而海水一侧由于海水的腐蚀性，因此要求 采用防腐蚀的材料，或者采用易更换维护的设备。由波力发电机产生的电力通过电力电缆 514 输送到轮船内的 516 变电站，转化为数据中心内需要的各种电压等级，比如直流给 IT 设备，交 流给水泵等。
- 5. 四、google 油轮数据中心案例 在 2009 年的 google 数据中心能效峰会上，刚好那一天也是愚人节，google 展示了其油轮数 据中心的概念，虽然最后被证明只是场愚人节的玩笑，这个项目后面也暂时没有下文了，但 google 通过这一技术的研究和积累，也为其更多的绿色节能数据中心打下良好的基础。比如其集装箱数 据中心技术的更多灵活应用，比如利用海水或者油给数据中心散热（后来海水制冷在芬兰的数据 中心中得到应用），比如风能、太能能、波浪能发电等，奠定了其行业领先的重要基础。 Google 在那个会议上也指出了油轮数据中心的一些好处。比如 1、造船行业进入低谷，大型 油轮的造价成本可以到较低的价格；2、停靠在港口附近，基本不需要多少买地建楼等费用，停 靠费用也非常低，此外码头通常都有充足的电力提供给油轮数据中心（通常轮船进出码头需由柴 油驱动改为电驱动，减少码头的烟气排放）；3、油轮数据中心停泊在轮船码头还可以防止被索 马里海盗盯上，数据安全和资产安全也更有保障；4、油轮上大功率的多台 15MW 船用柴油发电 机可以作为市电掉电下的持续供电保障；5、轮船码头附近多有储油罐等，到岸油价比传统加油 站价格更低，且供油更有保障。 而采用油轮数据中心，除了可以采用海水来给集装箱数据中心散热，甚至还可以直接采用油 轮上的油来散热，比如：1、通常油类有比海水有更为优良的传热能力；2、采用采用油来散热技
- 6. 术非常成熟，比如应用在油浸式变压器散热等都有几十年的案例和经验了；3、油和电子产品基 本不会发生反应，无腐蚀性，且油品稳定性和可靠性较高；4、而且油类通常是电的绝缘体，不 会导致短路故障等，业界如 intel 公司等都已经开始采用服务器直接浸没在矿物油中来散热，因 此在油轮数据中心中也可以采用类似原理用油来给数据中心散热。 五、结语 随着科技信息化的迅速发展，能源问题成了各国需要面对的课题。而数据中心一直是能源消 耗大户，虽然临时的发电机组也能随处可用，但与海上数据中心源源不断的免费水力相比可谓相 差甚远。 还有数据中心的选址一直是件劳力伤身的事情。除了考虑当地的土地资源、带宽资源等，还 要考察当地的地理环境，确定是否有地震、泥石流等地质灾害。还有在建成后，如果需要扩建的 话，这些问题会变得更加复杂。 而海上数据中心在这些方面是比较有优势的，首先是避免了对土地资源使用的考虑，在带宽 资源上也可以灵活移动到带宽资源充足的地方；其次是避免了很多自然灾害带来的巨大威胁，当 遇到飓风的时候，这些船舶也可以暂时离开较为危险的海域；最后在扩建数据中心上，只需要再 多加一条船就可以解决空间不足的问题。 海上数据中心的想法虽然早已经提出，但是没有行动仅能称之为假想。经过时间的沉淀和技 术的积累，比如维基百科或者 IDS 等公司的海上数据中心已经开始付诸实践，能否成功也只能 等事实来说话，不过对于这样强大的创新，很多人还是非常的期待。对于更多的发展动态我们将 持续关注，并期待更多精彩应用。 参考资料： 1、 超越想象极限：数据中心在大海驰骋！： http://servers.pconline.com.cn/1008/2198787_all.html 2、 利用自然水流采集能源——图解 Google 海上数据中心： http://www.csdn.net/article/2011-05-09/297409