Китай строит ЦОДы в океане: Морское охлаждение для дата-центров будущего

Китай стремится опередить мировых конкурентов, внедряя инновационный подход к охлаждению ЦОД питающих искусственный интеллект, — размещая их на дне океана.

От пилота к масштабированию

Пилотный проект подводного ЦОД успешно работает у побережья острова Хайнань. Теперь, ободренные результатами, в Китае развернули строительство еще более масштабного и технологичного объекта – он возводится в водах близ Шанхая, ключевого центра развития ИИ страны.

(Фото: Изображение проекта подводного ЦОД у Шанхая от Shanghai Hailanyun Technology)

Движимый стремлением к экономическому росту, Китай делает крупную ставку на искусственный интеллект (ИИ), облачные вычисления и цифровые технологии. Критически важная часть этой стратегии – стремительное наращивание вычислительных мощностей за счет строительства новых ЦОДов. Эти гигантские кластеры вычислителей становятся все более интенсивными потребителями электроэнергии. Традиционные системы охлаждения, необходимые для отвода огромного количества тепла, генерируемого оборудованием, потребляют сотни тысяч литров воды ежедневно на один ЦОД.

Это означает, что ЦОДы – как в Китае, так и во всем мире – начинают конкурировать за водные ресурсы с отраслями, напрямую влияющими на выживание людей: сельским хозяйством и питьевым водоснабжением. Как показало расследование некоммерческой журналистской организации SourceMaterial и издания The Guardian, многие компании сознательно размещают свои ЦОДы в наиболее засушливых регионах планеты (Аризона, части Испании, Ближний Восток), где сухой воздух минимизирует риски повреждения оборудования от влажности. Однако это лишь усугубляет проблему водопотребления в этих зонах.

Стремясь частично решить проблему водного дефицита, Китай обратился к самому «водному» месту на Земле – океану. В июне стартовало строительство инновационного ЦОДа в 10 километрах от побережья Шанхая. Уникальность проекта не только в подводном размещении, но и в источнике питания: центр будет получать 97% энергии от близлежащей морской ветроэлектростанции.

(Иллюстрация: Визуализация ветроэнергетического подводного ЦОДа Shanghai Hailanyun Technology у берегов Шанхая)

Экспертный взгляд на тенденцию

«Амбициозный подход Китая сигнализирует о смелом сдвиге в сторону создания низкоуглеродной цифровой инфраструктуры. Он может повлиять на формирование глобальных стандартов в области устойчивых вычислений (Sustainable Computing)», – считает Шабрина Надхила, аналитик аналитического центра Ember, специализирующегося на энергетике и исследовавшая экологичность ЦОДов.

ЦОДы – это не просто хранилища информации. Они выполняют ресурсоемкие вычисления для бизнеса, объем которых стремительно растет с автоматизацией процессов. Серверы работают 24/7, в условиях высокой плотности размещения, генерируя огромное количество избыточного тепла. Это тепло не просто снижает эффективность работы – оно представляет прямую угрозу оборудованию и сохранности данных. Поэтому системы охлаждения – не роскошь, а необходимость.

Около 40% всего электричества, потребляемого традиционным наземным ЦОДом, расходуется исключительно на системы охлаждения. Основная доля этой энергии идет на охлаждение воды.

Подводные ЦОДы работают по иному принципу. Вместо потребления пресной воды они используют практически неограниченный ресурс – морскую воду. Через систему трубопроводов и теплообменников (радиаторов), интегрированных в монтажную часть серверных стоек, прокачивается морская вода. Она поглощает тепло напрямую от чипов серверов и уносит его в океанскую среду.

По данным компании Hailanyun (также известной как HiCloud), оператора шанхайского проекта, экспертиза совместно с Китайской академией информационных и коммуникационных технологий (CAICT) показала, что их подводные решения потребляют на 30% меньше электроэнергии, чем сопоставимые наземные ЦОДы, именно благодаря естественному охлаждению морской водой.

Масштабирование и вычислительная мощь

Первый этап шанхайского проекта Hailanyun рассчитан на размещение 198 серверных стоек. В них могут быть установлены от 396 до 792 серверов, оснащенных специализированными ускорителями для искусственного интеллекта (AI), сообщает Ли Ланпин. Ожидается, что вычислительной мощности ЦОДа хватит для выполнения за один день объема вычислений, равного обучению модели GPT-3.5 – знаменитому большому языковому фреймворку (LLM), выпущенному OpenAI в 2022 году и ставшему основой для ChatGPT. Однако, как отмечает Ли, даже такой проект меркнет на фоне наземных конкурентов: среднестатистический китайский ЦОД размещает около 3 000 стоек, а гипермасштабный (Hyperscale) – свыше 10 000.

(Фото: Момент погружения первой фазы подводного ЦОДа Hailanyun у побережья Хайнаня, декабрь 2022 г. | Shanghai Hailanyun Technology)

Перепрыгивая Microsoft

Наследие Project Natick, сердцем проекта стоимостью $223 млн является технология, впервые апробированная Microsoft более десяти лет назад в рамках Project Natick. Корпорация погрузила контейнер, содержавший более 800 серверов, на глубину 36 метров у берегов Шотландии. Через два года модуль подняли и заявили: подводные ЦОДы «надежны, практичны и энергоэффективны» («are reliable, practical and use energy sustainably»).

Ключевые выводы Microsoft (2020):

1. Повышенная надежность: внутри капсулы было меньше сломавшихся серверов, чем в наземных аналогах. Причина – герметичная азотная среда, значительно менее коррозионно-агрессивная, чем кислородный воздух.
2. Минимизация человеческого фактора: Отсутствие персонала исключило случайные удары, перемещения оборудования и другие риски, характерные для обычных центров.

(Факт: Project Natick показал рекордный для своего времени PUE ~1.07, что близко к теоретическому идеалу (1.0) благодаря стабильной температуре воды на глубине 4-12°C круглый год).

Однако проект Microsoft, судя по всему, приостановлен. В ответ на запросы корпорация дала уклончивый комментарий: «Хотя у нас сейчас нет дата-центров в воде, мы продолжаем использовать исследования Project Natick как платформу для изучения, тестирования и валидации новых концепций в области надежности и устойчивости ЦОДов».

Hailanyun

Стратегия быстрого развертывания 

Китайская компания намерена опередить американских гигантов. Успех шанхайского проекта станет трамплином для масштабного развертывания морских ветроэнергетических подводных ЦОДов при поддержке государства.

Чжан Нин (Zhang Ning), постдок Калифорнийского университета в Дэвисе, специализирующаяся на низкоуглеродной инфраструктуре нового поколения, подчеркивает скорость: «Hailanyun перешла от пилотного проекта на Хайнане в декабре 2022 года к коммерческому внедрению менее чем за 30 месяцев – то, чего Project Natick никогда не пытался достичь».

Экологические риски

Несмотря на преимущества, экологические аспекты подводных ЦОДов вызывают серьезные дискуссии:

1. Локальный Нагрев Воды: Исследователи Microsoft признали некоторое тепловое воздействие своего модуля, но назвали его минимальным: «Вода всего в метрах ниже по течению от сосуда Natick становилась теплее максимум на несколько тысячных долей градуса». (Контекст: Для сравнения – естественные суточные колебания температуры прибрежной зоны обычно значительно выше).
2. Риски в Периоды Морских Волн Тепла: Другие ученые предупреждают: в периоды морских тепловых волн (marine heat waves) сброс теплой воды из ЦОД может накладываться на и без того аномально высокие температуры. Это резко снижает содержание растворенного кислорода, критически важного для морской флоры и фауны (исследование 2022 г.). (Факт: Морские волны тепла стали чаще и интенсивнее из-за изменения климата, повышая уязвимость экосистем к антропогенному воздействию.)
3. Акустические Угрозы Безопасности: Исследование 2024 года выявило тревожную уязвимость: подводные ЦОДы могут быть физически разрушены направленным акустическим воздействием определенных частот с помощью подводных излучателей (акустических систем). Это открывает дверь для потенциальных диверсионных атак с применением звукового оружия. Проблема связана с явлением резонанса конструктивных элементов модуля.

(Фото: Погружение водонепроницаемых контейнеров с серверами для коммерческого подводного ЦОДа в Хайнане, ноябрь 2023 г. | Shanghai Hailanyun Technology)

Подводные ЦОДы Китая – это смелый инженерный и экологический эксперимент в духе времени. Они обещают решить острую проблему водного следа (Water Usage Effectiveness — WUE) традиционных ЦОД, заменив пресную воду морской. Однако цена этой замены – новый набор вызовов: от борьбы с коррозией и биозагрязнением (biofouling) до оценки кумулятивного теплового воздействия при массовом развертывании и защиты от экзотических угроз вроде акустических атак. Успех проектов вроде шанхайского будет зависеть не только от их энергоэффективности (PUE), но и от способности минимизировать эти новые риски для хрупкой океанской среды и собственной инфраструктуры. Битва за «зеленый» ИИ перемещается на дно океана, и за ней стоит пристально наблюдать.

Ответ на экологические опасения

В ответ на критику Hailanyun заявляет, что ее подводные ЦОДы являются «экологически безопасными» («environmentally friendly»). Компания ссылается на оценку, проведенную в 2020 году на тестовом модуле в Жемчужной реке (Чжуцзян) на юге Китая. «Тепло, рассеиваемое подводным ЦОДом, вызвало повышение температуры окружающей воды менее чем на один градус Цельсия», — утверждает Ли Ланпин. «Это практически не оказало никакого существенного воздействия на акваторию».

(Контекст: Повышение менее 1°C действительно считается малозначимым для большинства морских экосистем в контексте естественных флуктуаций. Однако ключевой вопрос для масштабных проектов – кумулятивный эффект множества модулей в ограниченной акватории).

Международный интерес

Концепция подводных ЦОДов находит отклик за пределами Китая:

• Южная Корея: анонсировала собственные планы по развертыванию морских дата-центров.
• Япония и Сингапур: изучают альтернативу – плавучие ЦОДы (floating data centers) на поверхности океана.
  • Технологическая разница: Плавучие решения проще в обслуживании (доступ к оборудованию без подъема), но требуют сложных систем защиты от штормов, соленых брызг и коррозии. Их охлаждение также использует морскую воду, но эффективность может быть ниже стабильных подводных модулей на глубине.
  • (Факт: Проект OceanBit в Португалии – пример развивающегося направления плавучих «зеленых» ЦОДов, использующих волновую энергию и морское охлаждение).

Регуляторика как главный барьер 

Чжан Нин подчеркивает, что распространение тренда в других прибрежных странах зависит не столько от технологической готовности, сколько от решения сложных вопросов:

1. Экологическая регламентация: разработка четких стандартов оценки воздействия на окружающую среду (ОВОС/ЭЭЭ — Environmental Impact Assessment) для подводной инфраструктуры, включая долгосрочный мониторинг.
2. Правовое поле: урегулирование вопросов размещения в территориальных водах, исключительных экономических зонах (ИЭЗ), на континентальном шельфе, включая права на прокладку кабелей и ответственность за возможные инциденты (разгерметизация, загрязнение).
3. Логистика и поставки: создание специализированных береговых хабов для предварительной сборки модулей, модернизация судов для транспортировки и погружения тяжелых конструкций, доступность сертифицированных морских инженерных кадров.

«Китай сейчас решает эти регуляторные, экологические и цепочки поставок вопросы в промышленных масштабах, — отмечает Чжан Нин. — Скорость, с которой другие страны смогут развернуть аналоги, будет определяться их способностью создать такую же комплексную экосистему, а не только купить технологию».

Гонка за «охлажденным морем» ИИ вступила в новую фазу. Китай делает ставку на глубину, Южная Корея – на подражание, а Япония и Сингапур экспериментируют с поверхностью. Экологические аргументы Hailanyun звучат убедительно для единичных модулей, но истинная «экологичность» технологии проявится только при массовом развертывании и наличии строгого независимого мониторинга МОР (Морских Охраняемых Районов). Решение же регуляторного пазла станет ключом к тому, станет ли подводное размещение ЦОДов глобальной практикой устойчивых вычислений или останется нишевой китайской стратегией, похороненной на дне бюрократии. Пока Китай, действуя в своей парадигме централизованного управления, обладает уникальной возможностью стать первопроходцем и задать де-факто стандарты для этого смелого сектора морской инженерии.

Дополнительные факты и контекст:

1. ЦОД на рифы? Ранее попытки создания подводных ЦОДов предпринимались неоднократно (например, эксперимент Microsoft Project Natick у берегов Шотландии). Китайские проекты – одни из первых, движущихся от экспериментов к коммерческому масштабированию.
2. Почему океан выгоден? Температура воды на глубине 30-50 метров ниже и стабильнее температуры воздуха в большинстве регионов, что повышает эффективность охлаждения. Кроме того, морская среда потенциально обеспечивает естественную физическую безопасность.
3. Коррозия и биозагрязнение: Главные технические вызовы подводных ЦОДов – обеспечение долговечной защиты серверных корпусов от разрушительной соленой воды и обрастания ракушками/водорослями (биофоулинга), что требует специальных материалов и покрытий.
4. Глобальный тренд «зеленых» ЦОДов: Китайские подводные проекты – часть общемирового движения к снижению PUE (Power Usage Effectiveness, показатель эффективности использования энергии) и WUE (Water Usage Effectiveness, показатель эффективности использования воды) дата-центров. Альтернативы включают использование северного климата, геотермальной энергии, погружение в озера, строительство в бывших шахтах.
5. Вычисления с учетом стоимости для природы: скрытые экологические издержки ИИ-сервисов вроде Google – энергия и вода, затраченные на обучение и работу моделей ИИ, требуют нового понимания «истинной стоимости» цифровых услуг.