當谷歌在美國俄勒岡州的數(shù)據(jù)中心滿載運行時，消耗的電力基本上和紐卡斯爾(Newcastle)一個城市總的家庭用電量一樣多。在計算機和互聯(lián)網(wǎng)速度越來越快的背后，是日益突出的耗電問題。“電費開支早晚要比電腦硬件本身更貴。”這是谷歌工程師拉茲羅?安德烈?巴羅佐早在2005 年底接受媒體采訪時就發(fā)出的抱怨。
在這樣緊迫的形勢之下，谷歌把目光投向了大海——打造“自給自足”的漂浮在海上的數(shù)據(jù)中心。根據(jù)谷歌在2007年2月遞交的一份專利申請，風力渦輪機和波浪能發(fā)電機將為這個數(shù)據(jù)中心提供電力，海水則負責為散發(fā)巨大熱量的服務器降溫。除此之外，海面這個“不動產資源”本質上也是免費的。
谷歌的這項利用海洋當作巨大的散熱冷源的“漂浮的數(shù)據(jù)中心”計劃被《時代》雜志評為2008年最好的科技發(fā)明之一，那么谷歌又是如何做的呢，讓我們開始今天的谷歌海上數(shù)據(jù)中心探秘之旅吧。
原理概覽
圖1是谷歌海洋數(shù)據(jù)中心的示意圖?？梢钥闯?，谷歌海洋數(shù)據(jù)中心是在集裝箱運輸船(標號102)的甲板上擺放或堆疊著多個谷歌的標準集裝箱數(shù)據(jù)中心(標號104)。這些集裝箱數(shù)據(jù)中心由波力發(fā)電機(標號106)來供電，而制冷方面則由波力發(fā)電機(標號110)驅動的水泵來將熱量散發(fā)到海洋中，這樣整個數(shù)據(jù)中心就可以不用從傳統(tǒng)的電網(wǎng)來獲取能量。
圖1
標準集裝箱數(shù)據(jù)中心可以被提前在工廠預裝好，通過卡車或者貨柜車運送到海邊，吊裝到輪船甲板上，接到提前預先建設好的供電、供冷接口，然后輪船離岸停泊在波浪能足夠大的地方。當然，如果出現(xiàn)天氣非常惡劣、負載突增、或者波力發(fā)電機故障等情況下，集裝箱數(shù)據(jù)中心的保障系統(tǒng)就要啟用，這時候安裝在甲板下面的柴油發(fā)電機就需要快速啟動以保障持續(xù)供電。最后如果集裝箱數(shù)據(jù)中心到了退役年限，或者需要升級，則直接快速更換即可。
波浪發(fā)電
從圖1可以看出，每個波力發(fā)電機由多個浮鏈構成，例如標號為106的波力發(fā)電機由106A、106B、106C、106-D四個單元構成，每個單元可以互相扭動發(fā)電。
圖2
以Plimas P-750波力發(fā)電機為例，每個浮鏈單元的直徑為3.5米，長度為150米，每個浮鏈可以產生750KW的能量，每個波力發(fā)電機功率達到2.25WM。因此，漂浮在離岸3至7英里外每平方千米面積內大約40個這樣的波力發(fā)電機可以發(fā)電的功率高達30WM。波力發(fā)電機的尺寸和規(guī)模也可以根據(jù)不同的應用來選擇。例如前面提到的大型波力發(fā)電機106可以用于給海上數(shù)據(jù)中心供電，也有類似在輪船周圍標示為110的這種小型波力發(fā)電機用于給數(shù)據(jù)中心的制冷水泵來供電，如果需要更大的供電和散熱能力，也可以不斷增加這些發(fā)電機的數(shù)量等。這些波力發(fā)電機可以由輪船拖到新的目的地，或者也可以直接由輪船運輸?shù)叫碌哪康牡兀缒切┭睾Ｈ丝诿芗牡胤剑蛘哕娛虑熬€以及搶險救災的應急場合。
我們知道世界上大多數(shù)的網(wǎng)絡基礎設施都建設在海底，這些密布的海纜很容易給海岸周邊的這些海上數(shù)據(jù)中心來提供便捷的網(wǎng)絡接入。標準集裝箱的公路運輸和輪船海運非常成熟，統(tǒng)一運維也非常簡單，而且輪船上還方便給船員和運維人員提供住宿和生活補給，頂部的直升機降落平臺也便于人員快速到達檢修維護變更等。
在備用供電方面，除了前面提到的甲板下的柴油發(fā)電機可以作為備用供電的保障，還可以儲存部分能源用于風平浪靜的低發(fā)電情況，例如在海浪較大的時候波力發(fā)電機可以通過儲能電池存儲部分富余的能量。而且，在風平浪靜的時候往往是陽光充足的晴天，此時通過給集裝箱遮陽的太陽能板也可以存儲部分太陽能用于海上數(shù)據(jù)中心供電，或者風較大的時候還可以通過甲板上安裝的風力發(fā)電機收集更多的風能等。
如果大家擔心海浪的波動對集裝箱數(shù)據(jù)中心內部的IT設備有影響的話，也是可以把數(shù)據(jù)中心建設在海岸邊的陸地上，仍然可以從附近海面的波力發(fā)電機來供電，也可以通過水管從海底抽取冷水給岸上的數(shù)據(jù)中心來供電。這種情況下，如果波力發(fā)電機產生的電力不夠，可以直接從所在地的陸上電網(wǎng)來補充提供額外的電力，或者當波力發(fā)電機發(fā)出的電力太多，數(shù)據(jù)中心消耗不完，也可以上傳到電網(wǎng)中直接賣給當?shù)氐碾娋W(wǎng)公司。
海水散熱
在海水溫度較低的地方，可以直接通過抽取海底下一定深度的低溫海水給集裝箱數(shù)據(jù)中心提供冷量，由于海水具有一定的腐蝕性，不能直接用到集裝箱內的空調末端，所以需要采用防腐蝕玻璃纖維材料的板式換熱器等辦法來隔離海水。一端采用封閉的內循環(huán)淡水經(jīng)過板式換熱器，另外一側外循環(huán)的冰冷海水降溫后再送入集裝箱數(shù)據(jù)中心內，大海是個巨大的吸熱體，足以將這些數(shù)據(jù)中心產生熱量吸收掉。而且我們知道溫度較低的海水在底層，而溫度較高的海水在表層，因此，加熱后被排出到海表面的的較高溫熱水不會和大海深層的較低溫度的冷水混合在一起。谷歌應該在此方面有深厚的研究和積累，后來該公司在芬蘭哈米納的數(shù)據(jù)中心也采用了類似的海水直接為數(shù)據(jù)中心制冷的技術，不再需要傳統(tǒng)高耗能的制冷機，這是后話。
圖3是谷歌海上數(shù)據(jù)中心的側視圖輪船(標號204)上面擺放了多個集裝箱數(shù)據(jù)中心(標號202)，一個或者多個波力發(fā)電機(標號206)通過供電線纜(標號208)經(jīng)由輪船內配電站(標號224)分配電力給集裝箱202A/202B或者制冷水泵(標號216)供電。抽水管道(標號210)從較深處的海面底下抽取低溫海水，并通過水泵和板式換熱器(這里并沒畫出)，然后再由支管(標號218)送入到每個集裝箱數(shù)據(jù)中心內部。經(jīng)過服務器加熱之后的熱水由回水管(標號220)通過排水口(標號214)直接排放到輪船后面的海洋表面。
圖3
圖4是海上數(shù)據(jù)中心的俯視圖，大家可以更為清晰的看到其集裝箱的泊位和供電供水管路布置。海水直接從標示為504的水管進入標示為506板式換熱器。板式換熱器的左側是閉環(huán)的淡水內循環(huán)，制冷后的冷凍水進入集裝箱數(shù)據(jù)中心，被加熱后經(jīng)回水管(標號512)回到板式換熱器繼續(xù)被制冷不斷循環(huán);而板式換熱器的右側是開環(huán)的海水外循環(huán)，從504管口進來，被加熱后直接排放到508排水口。板式換熱器在淡水一側由于很少受到腐蝕，檢修維護量很小，而海水一側由于海水的腐蝕性，因此要求采用防腐蝕的材料，或者采用易更換維護的設備。由波力發(fā)電機產生的電力通過電力電纜(標號514)輸送到輪船內的變電站(標號516)，轉化為數(shù)據(jù)中心內需要的各種電壓等級，例如直流給IT設備，交流給水泵等。
圖4
結語
隨著科技信息化的迅速發(fā)展，能源問題成了各國需要面對的課題。而數(shù)據(jù)中心一直是能源消耗大戶，雖然臨時的發(fā)電機組也能隨處可用，但與海上數(shù)據(jù)中心源源不斷的免費水力相比可謂相差甚遠。
還有數(shù)據(jù)中心的選址一直是件勞力傷身的事情。除了考慮當?shù)氐耐恋刭Y源、帶寬資源等，還要考察當?shù)氐牡乩憝h(huán)境，確定是否有地震、泥石流等地質災害。還有在建成后，如果需要擴建的話，這些問題會變得更加復雜。
而海上數(shù)據(jù)中心在這些方面是比較有優(yōu)勢的，首先是避免了對土地資源使用的考慮，在帶寬資源上也可以靈活移動到帶寬資源充足的地方;其次是避免了很多自然災害帶來的巨大威脅，當遇到颶風的時候，這些船舶也可以暫時離開較為危險的海域;最后在擴建數(shù)據(jù)中心上，只需要再多加一條船就可以解決空間不足的問題。
海上數(shù)據(jù)中心的想法雖然早已經(jīng)提出，但是沒有行動僅能稱之為假想。經(jīng)過時間的沉淀和技術的積累，例如維基百科或者IDS等公司的海上數(shù)據(jù)中心已經(jīng)開始付諸實踐，能否成功也只能等事實來說話，不過對于這樣強大的創(chuàng)新，很多人還是非常的期待。對于更多的發(fā)展動態(tài)我們將持續(xù)關注，并期待更多精彩應用。