دیتاسنتر زیرآبی چیست؟ معرفی تمام پروژههای در حال انجام

دیتاسنتر زیرآبی، به عنوان نوآوری برجسته در حوزه فناوری اطلاعات، راهکاری نوین برای مقابله با چالشهای رو به رشد مراکز داده سنتی ارائه میدهد. دیتاسنترهای سنتی، که بر روی سطح زمین مستقر هستند، با مشکلات متعددی مانند مصرف بالای انرژی برای خنکسازی، اشغال فضای وسیع زمین و وابستگی به منابع آب شیرین روبرو هستند. در مقابل، دیتاسنترهای زیرآبی با بهرهگیری از محیط طبیعی اقیانوسها، امکان خنکسازی طبیعی، کاهش مصرف انرژی و استفاده بهینه از فضا را فراهم میآورند. این فناوری نه تنها به پایداری زیستمحیطی کمک میکند، بلکه با قرارگیری نزدیک به مراکز جمعیتی ساحلی، تأخیر در انتقال دادهها را به حداقل میرساند. پروژههای آزمایشی مانند پروژه ناتیک مایکروسافت، نشاندهنده پتانسیل بالای این رویکرد در تحول صنعت مراکز داده است.
دیتاسنترهای زیرآبی، به عنوان بخشی از تلاشهای جهانی برای دستیابی به فناوریهای سبز، میتوانند نقش کلیدی در کاهش ردپای کربن ایفا کنند. با توجه به اینکه بیش از نیمی از جمعیت جهان در نزدیکی سواحل زندگی میکنند، این مراکز میتوانند خدمات ابری سریعتر و کارآمدتری ارائه دهند. اجرای چنین پروژههایی نیازمند غلبه بر موانع فنی و زیستمحیطی است.
دیتاسنتر زیرآبی چیست؟
دیتاسنتر زیرآبی، مرکزی برای ذخیرهسازی و پردازش دادهها است که به جای قرارگیری بر روی سطح زمین، در عمق آبهای اقیانوسی یا دریایی مستقر میشود. این مراکز معمولاً در محفظههای استوانهای یا جعبهمانند مقاوم در برابر فشار آب قرار میگیرند و از خنکسازی طبیعی آب دریا برای حفظ دمای مناسب تجهیزات بهره میبرند. برخلاف دیتاسنترهای سنتی که به سیستمهای پیچیده خنککننده وابسته هستند، این مراکز با استفاده از دمای پایین و ثابت آب دریا، مصرف انرژی را به طور چشمگیری کاهش میدهند. برای مثال، در پروژه ناتیک، مایکروسافت یک محفظه فولادی حاوی صدها سرور را در عمق حدود ۳۵ متری دریا غوطهور کرد و نتایج نشان داد که نرخ خرابی تجهیزات هشت برابر کمتر از مراکز زمینی بود.
این فناوری بر پایه ایدهای ساده اما انقلابی بنا شده است: استفاده از اقیانوس به عنوان یک سینک حرارتی عظیم. محفظههای دیتاسنتر زیرآبی با گاز نیتروژن پر میشوند تا از خوردگی اکسیژن جلوگیری شود و تجهیزات الکترونیکی در محیطی خشک و کنترلشده کار کنند. اتصال به شبکه برق و اینترنت از طریق کابلهای زیرآبی انجام میشود، که امکان انتقال دادهها با سرعت بالا را فراهم میکند. این رویکرد نه تنها کارایی را افزایش میدهد، بلکه به کاهش وابستگی به منابع محدود زمینی کمک میکند.
اجزا و قطعات
اجزای دیتاسنترهای زیرآبی با دقت بالایی طراحی میشوند تا در برابر فشار، رطوبت و شرایط سخت دریایی مقاوم باشند. اصلیترین بخش، محفظه فشار مقاوم است که از فولاد یا آلیاژهای خاص ساخته میشود و ابعاد آن معمولاً شبیه به کانتینرهای حملونقل دریایی است، مانند ۱۲ متر طول و ۳ متر قطر در پروژه ناتیک. این محفظه با لایههای عایقبندی چندگانه پوشانده میشود تا از نفوذ آب جلوگیری کند. داخل محفظه، رکهای سرور قرار میگیرند که حاوی صدها پردازنده، حافظه و دیسکهای ذخیرهسازی هستند. برای مثال، در فاز دوم پروژه ناتیک، ۸۶۴ سرور در ۱۲ رک نصب شد. سیستم خنکسازی از لولههای مبدل حرارتی استفاده میکند که آب دریا را از پشت رکها عبور میدهد و گرما را به بیرون منتقل میکند، بدون نیاز به پمپهای مکانیکی پرمصرف.
گاز نیتروژن خشک محیط داخلی را پر میکند تا از اکسیداسیون و رطوبت جلوگیری شود. کابلهای نافمانند (umbilical cables) برای تأمین برق و انتقال دادهها ضروری هستند و به شبکههای زیرآبی متصل میشوند. پایههای بتنی یا بالاستدار برای ثبات بر کف دریا استفاده میشود. حسگرهای محیطی مانند دما، فشار و ارتعاش، وضعیت را به طور مداوم نظارت میکنند. در پروژههای چینی مانند هایلندر، اجزا با تمرکز بر دوام در آبهای گرمتر طراحی شدهاند، با لایههای ضدخوردگی اضافی. این اجزا با هم، سیستمی یکپارچه ایجاد میکنند که میتواند سالها بدون دخالت انسانی کار کند، اما نیاز به مهندسی دقیق برای جلوگیری از نشتی یا آسیبهای زیستمحیطی دارد.
هزینه انجام پروژه دیتاسنتر زیرآبی
هزینه اجرای پروژههای دیتاسنتر زیرآبی، ترکیبی از سرمایهگذاری اولیه بالا و صرفهجوییهای بلندمدت است. هزینه ساخت یک ماژول نمونه مانند پروژه ناتیک حدود ۲۵ میلیون دلار تخمین زده میشود، که شامل طراحی محفظه، سرورها و کابلکشی میشود. در مقیاس بزرگتر، پروژه هایلندر چین با ۱۰۰ ماژول، حدود ۸۸۰ میلیون دلار هزینه دارد، که معادل ۱ میلیون دلار به ازای هر مگاوات است، نصف هزینه مراکز زمینی که ۷ میلیون دلار به ازای هر مگاوات است.
سرمایهگذاری اولیه شامل مواد مقاوم مانند فولاد فشار بالا، آزمایشهای دریایی و استقرار با کشتیهای تخصصی است. صرفهجویی در خنکسازی (تا ۴۰ درصد کاهش مصرف انرژی) و عدم نیاز به زمین، هزینههای عملیاتی را کاهش میدهد. در پروژه ناتیک، زمان ساخت از کارخانه تا عملیات تنها ۹۰ روز بود، در حالی که مراکز زمینی ۱ تا ۲ سال طول میکشد، که این امر هزینههای نیروی کار را کم میکند.
لیست تمام پروژهها
| نام پروژه | محل اجرا | سال | وضعیت / نتیجه |
|---|---|---|---|
| Project Natick – فاز 1 | سواحل کالیفرنیا، آمریکا | 2015 | آزمایش اولیه موفق؛ 105 روز عملکرد پایدار زیر آب |
| Project Natick – فاز 2 | جزایر اورکنی، اسکاتلند | 2018 – 2020 | عملکرد 2 ساله بدون خطا؛ نرخ خرابی 1/8 دیتاسنترهای زمینی |
| Subsea Cloud – Jules Verne Pod | Port Angeles، واشینگتن، آمریکا | 2021 | واحد آزمایشی در عمق 9 متری؛ موفقیتآمیز، در حال تجاریسازی |
| Subsea Cloud – پروژه فلوریدا | فلوریدا، آمریکا | در حال توسعه | هدف: دیتاسنترهای تجاری نزدیک به سواحل |
| Subsea Cloud – پروژه نیویورک | نیویورک، آمریکا | در حال توسعه | برای کلاینتهای محلی؛ فاز طراحی |
| Subsea Cloud – پروژه واشینگتن | ایالت واشینگتن، آمریکا | در حال توسعه | مراحل اولیه پیادهسازی |
| Underwater Data Center – چین | هاینان، چین | 2021 | اولین نمونه آزمایشی توسط China Telecom؛ تست پایلوت موفق |
| Underwater Data Center – کره جنوبی | جزیره ججو، کره جنوبی | 2022 | پروژه آزمایشی با همکاری KT Corp؛ در حال تست خنکسازی و پایداری |
آیا دیتاسنتر زیرآبی کاربردی و قابل انجام است؟
دیتاسنترهای زیرآبی از نظر فنی کاربردی و قابل اجرا هستند، همانطور که پروژه ناتیک مایکروسافت با نرخ خرابی پایین و کارایی بالا نشان داد. تجاریسازی گسترده هنوز چالشبرانگیز است. مایکروسافت در سال ۲۰۲۴ پروژه ناتیک را متوقف کرد، زیرا اولویتهای هوش مصنوعی بر پروژههای تحقیقاتی غالب شد، اما درسهای آموختهشده به فناوریهای دیگر مانند غوطهوری مایع اعمال میشود.
در مقابل، چین پیشرو در تجاریسازی است؛ پروژه هایلندر در ۲۰۲۳ اولین مرکز تجاری را راهاندازی کرد و برنامهریزی برای ۱۰۰ ماژول تا ۲۰۲۵ دارد. شرکتهایی مانند سابسی کلود نیز پادهای تجاری عرضه میکنند. بنابراین، در حالی که برخی پروژهها کنسل میشوند، تجاریسازی در حال پیشرفت است، به ویژه در آسیا، با تمرکز بر پایداری و کارایی.
ایده اولیه دیتاسنتر زیر دریا
ایده اولیه دیتاسنترهای زیرآبی در سال ۲۰۱۳ توسط کارمندی مایکروسافت با تجربه نیروی دریایی آمریکا مطرح شد، که پیشنهاد داد سرورها در مزارع زیرآبی برای کاهش هزینه خنکسازی و افزایش پایداری مستقر شوند. این ایده در رویداد “تینکویک” مایکروسافت در ۲۰۱۴ به صورت مقاله سفید ارائه شد و بر مزایای خنکسازی طبیعی و نزدیکی به جمعیت ساحلی تأکید کرد.
اولین آزمایش در ۲۰۱۵ با نمونه کوچک “لئونا فیلپات” در سواحل کالیفرنیا انجام شد، که ۱۰۵ روز دوام آورد. این ایده از فناوری زیردریاییها الهام گرفته شده و هدف آن ارائه خدمات ابری سریع به مناطق ساحلی بود، جایی که نیمی از جمعیت جهان زندگی میکنند.
پروژه ناتیک مایکروسافت پیشگام دیتاسنترهای زیرآب
پروژه ناتیک مایکروسافت، پیشگام این حوزه، در ۲۰۱۴ آغاز شد و فاز اول آن در ۲۰۱۵ با غوطهوری یک رک سرور در عمق ۹ متری اقیانوس آرام موفقیتآمیز بود. فاز دوم در ۲۰۱۸، با محفظه “جزایر شمالی” حاوی ۸۶۴ سرور در عمق ۳۶ متری سواحل اسکاتلند، دو سال کار کرد و نرخ خرابی را هشت برابر کمتر از مراکز زمینی نشان داد. این پروژه توسط شرکت فرانسوی ناوال گروپ ساخته شد و از انرژی تجدیدپذیر محلی استفاده کرد. هرچند در ۲۰۲۴ متوقف شد، اما به عنوان الگویی برای پروژههای آینده عمل میکند.
مزایا
- کاهش مصرف انرژی: خنکسازی طبیعی توسط آب دریا باعث کاهش مصرف انرژی تا حدود ۴۰٪ میشود.
- نرخ خرابی پایینتر: محیط بدون اکسیژن و عدم دخالت انسانی، استهلاک تجهیزات را کمتر میکند.
- استقرار سریع: امکان راهاندازی در کمتر از ۹۰ روز، در حالی که مراکز زمینی به سالها زمان نیاز دارند.
- کاهش تأخیر ارتباطی: نزدیکی به جمعیت ساحلی باعث بهبود سرعت دسترسی و کاهش Latency میشود.
- پایداری انرژی: قابلیت ادغام با انرژیهای تجدیدپذیر دریایی مانند توربینهای بادی و موجی.
- صرفهجویی در منابع: اشغال نکردن زمین و عدم نیاز به آب شیرین برای خنکسازی.
- ایمنی بیشتر در برابر بلایای زمینی: در برابر زلزله، آتشسوزی و حوادث زمینی آسیبپذیری کمتری دارند.
معایب
- تعمیر و نگهداری دشوار: نیاز به تجهیزات خاص و عملیات پیچیده برای دسترسی در اعماق دریا.
- هزینه اولیه بالا: مانند پروژه ناتیک مایکروسافت که بیش از ۲۵ میلیون دلار هزینه داشت.
- وابستگی به کابلهای زیرآبی: برای اتصال به اینترنت جهانی کاملاً وابسته به کابلهای دریایی است.
- پایداری در شرایط اضطراری: بازیابی سریع در صورت خرابی یا نقص بسیار دشوار است.
مصرف انرژی و بهرهوری در دیتاسنتر زیرآبی
مصرف انرژی در دیتاسنترهای زیرآبی به طور قابل توجهی کمتر است، زیرا خنکسازی ۴۰ درصد انرژی مراکز سنتی را تشکیل میدهد. در پروژه ناتیک، شاخص بهرهوری انرژی (PUE) ۱.۰۷ بود، در حالی که متوسط مراکز زمینی ۱.۵۵ است. ادغام با باد فراساحلی یا جزر و مد، وابستگی به سوختهای فسیلی را حذف میکند. بهرهوری از طریق محیط پایدار افزایش مییابد، با نرخ خرابی ۰.۷ درصد در مقابل ۵.۹ درصد زمینی. این امر، مصرف کلی را تا ۳۰ درصد کاهش میدهد.
طراحی ماژولهای ضد فشار و ضد رطوبت
طراحی ماژولها بر پایه اصول مهندسی زیردریایی است. محفظههای فولادی با دیوارههای ضخیم (تا ۵ سانتیمتر) فشار را تحمل میکنند. لایههای عایق پلیمری رطوبت را دفع میکنند. گاز نیتروژن محیط داخلی را خشک نگه میدارد. این طراحیها، دوام تا عمق ۹۰۰ متری را تضمین میکنند.
نقش آب در خنکسازی طبیعی دیتاسنتر
آب دریا نقش کلیدی در خنکسازی ایفا میکند، با ظرفیت حرارتی چهار برابر هوا. لولههای مبدل حرارتی، آب سرد را از پشت رکها عبور میدهند و گرما را جذب میکنند. در ناتیک، این روش بدون پمپ مکانیکی کار کرد و دما را ثابت نگه داشت. این رویکرد، مصرف آب شیرین را صفر میکند و کارایی را افزایش میدهد.
کاربرد دیتاسنترهای زیرآبی در مناطق پرجمعیت
دیتاسنترهای زیرآبی در مناطق پرجمعیت ساحلی، به ویژه در شهرهای بزرگ مانند نیویورک، شانگهای، توکیو یا لندن، کاربردهای استراتژیکی دارند. بیش از ۵۰ درصد جمعیت جهان در فاصله ۲۰۰ کیلومتری سواحل زندگی میکنند، و این مناطق معمولاً با چالشهای کمبود زمین و هزینههای بالای املاک روبرو هستند. دیتاسنترهای زیرآبی با استقرار در نزدیکی این مناطق، نه تنها نیاز به زمین را حذف میکنند، بلکه با کاهش فاصله فیزیکی بین سرورها و کاربران، تأخیر (latency) در انتقال دادهها را به حداقل میرسانند. برای مثال، در پروژه هایلندر چین، دیتاسنتر زیرآبی در نزدیکی سواحل جنوبی این کشور مستقر شده است تا خدمات پردازش ابری را برای برنامههای هوش مصنوعی و اینترنت اشیا در کلانشهرهایی مانند گوانگژو و شنژن تأمین کند. این نزدیکی، سرعت دسترسی به دادهها را تا ۳۰ درصد افزایش میدهد، که برای برنامههای حساس به تأخیر مانند معاملات مالی یا بازیهای آنلاین حیاتی است.
این دیتاسنترها میتوانند به عنوان مراکز پشتیبان برای زیرساختهای دیجیتال در برابر بلایای طبیعی عمل کنند. به عنوان مثال، در مناطقی که در معرض زلزله یا طوفان هستند، دیتاسنترهای زیرآبی به دلیل استقرار در عمق دریا از آسیبهای سطحی در امان میمانند. همچنین، این مراکز میتوانند به شهرهای هوشمند کمک کنند تا دادههای عظیم حسگرهای شهری را پردازش کنند. در یک نمونه، شرکت سابسی کلود پیشنهاد داده است که دیتاسنترهای زیرآبی میتوانند به شهرهای پرجمعیت کمک کنند تا زیرساختهای ابری مقیاسپذیر را بدون فشار بر منابع زمینی توسعه دهند. چالشهایی مانند هماهنگی با قوانین محلی دریایی و اطمینان از عدم تأثیر بر اکوسیستمهای ساحلی باید مدیریت شوند تا این کاربردها به طور کامل محقق شوند.
پروژههای بینالمللی مشابه دیتاسنتر زیر دریا
پروژه ناتیک مایکروسافت تنها یکی از چندین تلاش بینالمللی برای توسعه دیتاسنتر زیرآبی است، و کشورهای دیگر نیز پروژههای مشابهی را دنبال کردهاند. در چین، پروژه هایلندر که توسط شرکت چاینا موبایل پشتیبانی میشود، به عنوان اولین دیتاسنتر زیرآبی تجاری جهان در سال ۲۰۲۳ راهاندازی شد. این پروژه شامل استقرار ۱۰۰ ماژول در سواحل جنوبی چین است که هر ماژول ظرفیت پردازشی معادل ۶۰,۰۰۰ سرور زمینی را دارد. هدف این پروژه، تأمین نیازهای رو به رشد هوش مصنوعی و دادههای کلان در آسیا است، با برنامهریزی برای گسترش تا سال ۲۰۲۵. این پروژه از انرژی جزر و مدی و نیروگاه بادی فراساحلی استفاده میکند تا ردپای کربن را به حداقل برساند.
در آمریکا، شرکت سابسی کلود (Subsea Cloud) رویکردی متفاوت را دنبال میکند و از پادهای برابر فشار استفاده میکند که نیازی به محفظههای سنگین ندارند. این پادها در عمق ۹۰۰ متری قابل استقرار هستند و هزینههای ساخت را تا ۲۰ درصد کاهش میدهند. پروژه ناتیلوس (Nautilus) نیز در حال توسعه بارجهای شناور است که دیتاسنترها را روی سطح آب نگه میدارند، اما از آب دریا برای خنکسازی استفاده میکنند. این رویکرد، تعمیر و نگهداری را آسانتر میکند، اما پایداری کمتری نسبت به سیستمهای کاملاً زیرآبی دارد. گوگل نیز در سالهای اخیر ایده دیتاسنترهای شناور را بررسی کرده است، اگرچه هنوز به مرحله اجرا نرسیده است. در اروپا، پروژههای کوچکتر در نروژ و ایرلند در حال آزمایش هستند، با تمرکز بر ادغام با مزارع بادی فراساحلی. این تنوع در پروژهها نشاندهنده علاقه جهانی به این فناوری است، اما تفاوت در طراحیها و اهداف نشان میدهد که استانداردسازی هنوز یک چالش است.
پایداری و عمر مفید دیتاسنترهای زیرآبی
پایداری دیتاسنتر زیرآبی یکی از مهمترین نقاط قوت این فناوری است، زیرا به طور مستقیم به کاهش مصرف منابع طبیعی کمک میکند. شاخص بهرهوری مصرف آب (WUE) این مراکز صفر است، زیرا نیازی به آب شیرین برای خنکسازی ندارند، برخلاف دیتاسنترهای زمینی که سالانه میلیونها لیتر آب مصرف میکنند. همچنین، ادغام با منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باد فراساحلی یا جزر و مد، این مراکز را به گزینهای سبز تبدیل میکند. در پروژه ناتیک، استفاده از انرژی بادی محلی در سواحل اسکاتلند، ردپای کربن را تا ۹۸ درصد کاهش داد. این سطح از پایداری برای پاسخگویی به اهداف جهانی کاهش انتشار کربن، مانند توافق پاریس، حیاتی است.
عمر مفید دیتاسنترهای زیرآبی معمولاً بین ۲۰ تا ۲۵ سال تخمین زده میشود، با توجه به دوام محفظههای فولادی در برابر فشار و خوردگی. در پروژه ناتیک، محفظهها برای دو سال بدون نیاز به تعمیر کار کردند، اما طراحیها برای تعویض سرورها هر ۵ سال یکبار برنامهریزی شدهاند. این تعویض با استفاده از رباتهای زیردریایی یا کشیدن ماژول به سطح انجام میشود، که هزینهبر اما قابل مدیریت است. برای افزایش عمر مفید، شرکتهایی مانند سابسی کلود از پوششهای نانوتکنولوژی برای جلوگیری از خوردگی استفاده میکنند، که میتواند عمر محفظهها را تا ۳۰ سال افزایش دهد. پایداری زیستمحیطی نیازمند نظارت مداوم است تا از نشتی مواد یا گرمای بیش از حد که میتواند به اکوسیستمهای دریایی آسیب برساند، جلوگیری شود. این جنبه، نیاز به همکاری با سازمانهای زیستمحیطی را برجسته میکند.
مقایسه با سایر فناوریهای سبز در حوزه دیتاسنتر
دیتاسنترهای زیرآبی تنها یکی از فناوریهای سبز در حوزه مراکز داده هستند، و مقایسه آنها با دیگر رویکردها، نقاط قوت و ضعفشان را روشن میکند. خنکسازی غوطهوری مایع (liquid immersion cooling) یکی از رقبای اصلی است، که سرورها را در مایعات غیرهادی مانند روغن معدنی غوطهور میکند و مصرف انرژی خنکسازی را تا ۴۰ درصد کاهش میدهد. این روش در مقایسه با زیرآبیها، نگهداری آسانتری دارد، اما همچنان به زمین و منابع آب شیرین وابسته است. در مقابل، دیتاسنترهای زیرآبی نیازی به زمین ندارند و خنکسازی کاملاً طبیعی است، اما تعمیرات آنها پیچیدهتر است.
دیتاسنترهای قطبی، مانند آنهایی که در نروژ یا سوئد ساخته شدهاند، از هوای سرد طبیعی برای خنکسازی استفاده میکنند و شاخص PUE نزدیک به ۱.۱ دارند. این مراکز در مصرف انرژی کارآمد هستند، اما محدود به مناطق سردسیر هستند و نمیتوانند در نزدیکی شهرهای پرجمعیت مستقر شوند، برخلاف زیرآبیها که انعطافپذیری جغرافیایی بیشتری دارند. فناوریهای مبتنی بر انرژی هستهای کوچک (SMRs) نیز در حال ظهور هستند، که انرژی پایدار و مداوم ارائه میدهند، اما هزینههای اولیه آنها تا ۵ میلیارد دلار برای هر سایت است، در حالی که زیرآبیها با هزینهای کمتر از ۱ میلیارد دلار مقیاسپذیر هستند.
انرژی خورشیدی و بادی زمینی نیز در دیتاسنترهای سنتی استفاده میشوند، اما متناوب بودن آنها نیاز به باتریهای ذخیرهسازی گرانقیمت دارد. در مقابل، زیرآبیها با ادغام باد فراساحلی یا جزر و مد، پایداری بیشتری دارند. چالشهای زیستمحیطی مانند تأثیر گرمای خروجی بر اکوسیستمهای دریایی، زیرآبیها را در مقایسه با روشهای زمینی نیازمند نظارت دقیقتر میکند. در مجموع، دیتاسنترهای زیرآبی در پایداری و صرفهجویی در فضا پیشرو هستند، اما پیچیدگیهای عملیاتی آنها همچنان مانعی برای پذیرش گسترده است.








