サーバーを水に浸すと... |デジタルリテラシー

監査専門家：鄭元凡

鄭州軽工業大学教授

インターネット時代において、サーバーはほぼすべてのデータビジネス企業にとって不可欠な中核設備です。インターネットの世界全体を創り上げた大手企業にとって、サーバーは企業の動脈です。このような重要な施設は一体何をするものなのか、そして大企業はどのようにそれを適切に配置しているのでしょうか。

キャビネットサーバー

出典: Wikipedia

サーバーとは何か

サーバーは、その名前が示すように、サービスを提供するマシンです。サービスの種類に応じて、サーバーはファイルサーバー、データベースサーバー、アプリケーションサーバー、WEBサーバーに分類されます。種類はいろいろありますが、主な機能は、さまざまなデータを保存、送信、処理することという非常にシンプルなものです。私たちは、さまざまな Web サイトやアプリでビデオを視聴したり、ニュースを読んだり、買い物をしたり、チャットしたり、ゲームをしたりすることができますが、これらはすべてサーバーのサポートを必要とします。サーバーは本質的に高性能なコンピュータです。その構造は私たちが日常生活で使用しているコンピューターとほとんど変わりません。 CPU、ハードディスク、メモリースティックなどのハードウェアも搭載されています。ただし、一般的にはモニター、キーボード、マウスなどの外部デバイスは装備されておらず、メンテナンスや特定の操作が必要なときに接続されます。

サーバールーム情報｜Sohu

サーバーは、インターネット上で行われるさまざまなアクティビティによって生成されたデータの処理と保存を担っているため、特に大手メーカーのサーバーには、ハードウェアのパフォーマンス、安定性、信頼性に対する要件が厳しくなっています。ホストのコアコンポーネントである CPU を例にとると、現在パーソナルコンピュータに採用されている最上位 CPU である Core-13900K やサーバー専用 CPU である Xeon-8360H と比較すると、シングルコア周波数がわずかに低いことを除けば、Xeon のその他のパラメータは 13900K よりもはるかに高くなっています。さらに、大手メーカーのデータセンターでは通常、数十万台のサーバーを同時に稼働させる必要があります。パーソナルコンピュータとサーバーはどちらもコンピュータですが、その計算能力はまったく異なります。大規模なサーバー クラスターでは、1 秒あたり数百兆回の計算を実行する必要がある場合がありますが、通常のパーソナル コンピューターでは、1 秒あたり数百億回程度の計算しか実行できません。

PC CPUとサーバーCPUのパラメータ比較

出典: Bilibili@三円の話

サーバーがこのような大規模な計算を実行すると、大量の電力を消費するだけでなく、大量の廃熱も発生します。熱が時間内に放散されない場合、CPU などの一部のコア コンポーネントの温度が急激に上昇します。温度が 85 度を超えると、機器の故障やサーバーのクラッシュが発生する可能性が非常に高くなります。これを「サーバー爆発」と呼びます。サーバーがクラッシュした場合、少なくともメンテナンスのためにシステムをシャットダウンする必要があります。最悪の場合、データが破損したり、失われたりする可能性があります。これは、データがビジネスの中心である大手インターネット企業にとって間違いなく致命的です。したがって、サーバーにとって安全で良好な作業環境を構築することは、間違いなく最優先事項です。

なぜサーバーを水に入れるのですか?

サーバーの正常な動作を維持するためには、放熱問題を解決することが最優先事項です。従来の放熱方法は主に空調冷却によるものです。最高級の冷房機器の中には、放熱効率が高いものもありますが、エアコンを稼働させるためには多くの電力を消費します。 2020年、我が国のデータセンターは約2億450万キロワット時の電力を消費し、社会全体の電力消費量の2.7％を占めました。膨大な電力消費により、サーバーの運用・保守コストが間違いなく増加し、二酸化炭素排出量も増加します。コストを削減し、環境を保護するために、多くのインターネット大手は、より効率的で省エネかつクリーンな放熱方法の採用を検討し始めています。

近年、大手データセンターでは、従来の空冷方式を徐々に液冷方式に置き換え始めています。液体冷却ソリューションの中で、より効率的なのはコールドプレート型と浸漬型です。コールドプレート型は、 CPUの下に熱伝導性のコールドプレートを設置し、低温の液体をコールドプレートに流して熱を除去することで実現します。浸漬型はサーバーを液体の中に置き、液体を通して直接熱を除去します。

液体冷却は空冷よりも効率的であるだけでなく（水の放熱効率は空気の1000〜3000倍）、動作中に空冷によって発生する振動をほぼ完全に回避し、機器の故障率を効果的に低減します。マイクロソフトやアリババなど、インターネット業界の大手企業も、天然水を利用してサーバーの熱を放散させる方法を考案している。

アリババは杭州の千島湖畔にサーバーを設置している。千島湖の深層の水温は一年を通して17℃前後に保たれています。アリババは千島湖の底に特別な浄水装置を設置した。水中の不純物を浄化した後、冷却のためにサーバールームへ直接輸送されます。冷却された水は清渓新城の中軸渓に排出され、2.5キロメートルの距離を流れ、自然冷却されて千島湖に再び流れ込む。

サイクル全体では汚染ゼロが達成され、冷却エネルギー消費が80%以上節約され、アリババ千島湖データセンターのPUE（電力使用有効性、電力使用効率とも呼ばれる、PUE = データセンター機器の総エネルギー消費量/ IT機器のエネルギー消費量、ベンチマークは2で、1に近いほど効率的）は平均約1.3となり、アリババは毎年約1,000万kWhの電力消費を節約しています。

アリババ千島湖データセンター

出典｜透かしを見る

Microsoft のアプローチはより直接的です。マイクロソフトは2018年、864台のサーバーを頑丈な殻で覆い、スコットランドの氷の海底約36メートルの深さに直接投げ込み、海底の低温を利用して熱を放散させた。また、海洋の対流強度は湖などの水域よりも高いため、放熱効率も高くなります。 2020年にマイクロソフトはこれらのサーバーを回収し、水中に設置されたサーバーの故障率は陸上のサーバーの8分の1に過ぎないことを発見しました。

マイクロソフトは、この動きにおいて、放熱に加えて他の要素も考慮しました。例えば、世界の人口の約3分の1は海沿いに住んでおり、海沿いの都市の経済は比較的発展しています。海沿いにサーバーを配置すると、こうした人々へのサービス提供がより容易になります。同時に、この海域のオニック諸島には潮力発電所があり、サーバーに十分な電力を供給することができます。

スコットランドの海底に沈むマイクロソフトのサーバー

出典｜pic4.zhimg.com水以外にも山にも置ける

サーバーを水中に設置することには多くの利点がありますが、メンテナンスが必要なときには少々面倒な気もしますし、サーバーの防水性、耐腐食性、生物侵食性など、考慮すべき要素も多くあります。そのため、テンセントやファーウェイなどの一部のメーカーは、サーバーを洞窟に設置することを選択しています。

貴州省貴安は我が国の夏のリゾート地であり、テンセント七星データセンターとファーウェイ七星湖データセンターの所在地でもあります。多くの利点があるため、貴安がデータセンターとして選ばれました。

気候: 気温は比較的低く、年間平均気温はわずか 15 ～ 16 度です。夏でも最高気温が25度を超えることはなく、昼夜の温度差も小さいです。

地理的環境：貴安は開けた土地、高い植生被覆率（80％）、安定した地質構造を有し、地震などの自然災害が発生しにくい。

エネルギー供給の面では、貴安新区の平均電気料金はわずか0.35元/kWhで、全国平均価格の0.77元/kWhの半分以下であり、非常に安価です。

上記の利点により、Gui'an はサーバーのホスティングに特に適しています。

テンセントは貴安市の奇峰坡山内に水平トンネル5本と垂直トンネル1本の計6本のトンネルを掘った。 5つの水平トンネルはすべて南北に向いています。トンネル面積は約4万平方メートルで、内部には約30万台のサーバーが設置されている。 5 つの水平トンネルには、B1、B2、B3、B4、B5 の番号が付けられています。 B1は電力トンネル、B2～B5はIT機器トンネルで、各トンネルの上部には換気用の縦坑が2本設置されています。運転中、外気は直接パワートンネルに流入し、そこに設置された冷却モジュールを通過して濾過され、さらに冷却された後、IT機器の穴に入り、IT機器の運転によって発生した熱い戻り空気と交換され、シャフトから排出されます。これにより、外部冷却源を最大限に活用できるだけでなく、外部空気を直接使用することで機器に生じる潜在的な影響も回避できます。

工業情報化部のテストによると、七星データセンターの PUE 制限は 1.1 に達する可能性があります。国内の他のデータセンターの平均PUEは1.73であり、大幅な省エネ効果があります。

テンセント セブンスター データセンター

ソース |百度

将来、人類社会のコンピューティング能力に対する需要は高まるばかりで、データセンターの立地選定、運用・保守のエネルギー、二酸化炭素排出などの問題がますます顕著になるでしょう。適切なソリューションを模索し、より環境に優しく効率的な方法でデータセンター産業の発展を促進することは、間違いなく将来の情報産業の重要なトレンドとなるでしょう。