خنک‌سازی مراکز داده بدون برق؛ الهام از دمای ثابت دریاها

گسترش شتابان هوش مصنوعی در جهان موجب افزایش چشمگیر تقاضا برای توان پردازشی شده و در پی آن، مصرف انرژی مراکز داده به یکی از دغدغه‌های اساسی سیاست‌گذاران فناوری تبدیل شده است. این مراکز که زیرساخت حیاتی ذخیره و پردازش داده در اقتصاد دیجیتال محسوب می‌شوند، به صورت میانگین چندین درصد از کل مصرف برق جهانی را به خود اختصاص می‌دهند و خنک‌سازی تجهیزات در آن‌ها سهم قابل توجهی از این انرژی را به خود اختصاص داده است.

به گزارش مهر، در چنین وضعیتی، ناترازی میان رشد تقاضای پردازشی و محدودیت منابع انرژی به تهدیدی برای پایداری زیست‌محیطی و توسعه دیجیتال تبدیل شده است. ایده استقرار مراکز داده در اعماق دریا از همین نقطه شکل گرفته است تا با بهره‌گیری از سرمای طبیعی اقیانوس و حذف نیاز به سیستم‌های پرمصرف سرمایشی، مسیر تازه‌ای برای کربن‌زدایی در صنعت فناوری اطلاعات بگشاید. تجربه اخیر چین در شانگهای که ترکیبی از مهندسی زیرساختی پیشرفته، سیاست‌گذاری دولتی و هدف‌گذاری برای کاهش ردپای کربن است، به‌عنوان یکی از نمونه‌های راهگشای این روند جهانی شناخته می‌شود و می‌تواند پیامدهای ژرفی برای آینده اکوسیستم داده و حکمرانی انرژی دیجیتال در سطح بین‌المللی به همراه داشته باشد.

نوآوری چینی در خنک‌سازی پایدار مراکز داده

شرکت «Highlander» طی روزهای اخیر در همکاری با شرکت‌های ساخت‌وساز دولتی چین، نخستین کپسول زیردریایی حاوی سرورهای پرقدرت را در نزدیکی بندر شانگهای آماده استقرار کرده است. این پروژه با هدف کاهش وابستگی مراکز داده به سیستم‌های خنک‌سازی پرمصرف طراحی شده و قرار است تا اواسط اکتبر در عمق آب‌های ساحلی این منطقه مستقر شود. به گفته یانگ یه، نایب‌رئیس این شرکت، مراکز داده زیردریایی قادر هستند حدود نود درصد از مصرف انرژی مرتبط با خنک‌سازی را کاهش دهند. به این ترتیب، جریان طبیعی اقیانوسی جایگزین سامانه‌های پرهزینه سرمایشی می‌شود و دمای پایدار زیرآب شرایطی ایده‌آل برای حفظ عملکرد مداوم سرورها فراهم می‌کند.

این فناوری پیش‌تر در سال ۲۰۱۸ توسط مایکروسافت در سواحل اسکاتلند آزمایش شد و نتایج موفقیت‌آمیزی در کاهش مصرف انرژی و افزایش پایداری عملکرد داشت، اما هیچ‌گاه به مرحله تجاری نرسید. تفاوت تجربه چین در آن است که این کشور با پشتیبانی دولت و تخصیص یارانه‌های قابل توجه، شامل ۴۰ میلیون یوان برای پروژه مشابه در جزیره هاینان، در مسیر تبدیل این فناوری به زیرساختی عملیاتی گام برداشته است.

پیوند انرژی تجدیدپذیر و زیرساخت دیجیتال

بر اساس برنامه‌ریزی صورت گرفته، پروژه شانگهای تقریباً کل انرژی مصرفی خود را از مزارع بادی فراساحلی مجاور تأمین می‌کند و به این ترتیب نمونه‌ای از نخستین مدل‌های پیوند مستقیم میان تولید برق پاک و عملیات پردازشی سنگین را نشان می‌دهد. بنا بر اعلام شرکت «Highlander» بیش از نود و پنج درصد از برق مصرفی این مرکز از منابع تجدیدپذیر، به‌ویژه توربین‌های بادی مستقر در سواحل شرقی چین، تأمین خواهد شد که ظرفیت کل آن‌ها چندین مگاوات برآورد می‌شود.

به عقیده کارشناسان، این پیوند میان فناوری سبز و زیرساخت دیجیتال، الگویی نو برای هم‌گرایی صنعت انرژی و فناوری اطلاعات ایجاد می‌کند و می‌تواند مبنایی برای شکل‌گیری شبکه‌های داده با ردپای کربن نزدیک به صفر باشد. همچنین ساخت کپسول نیز با استفاده از مهندسی دقیق و مواد مقاوم در برابر فشار، دما و شوری بالا صورت گرفته است. علاوه بر این، برای جلوگیری از خوردگی در محیط شور دریا، لایه‌های فولادی با پوشش‌های چندگانه شامل پولک‌های شیشه‌ای و رزین‌های مقاوم در برابر اکسیداسیون پوشانده شده‌اند تا دوام ساختار در بازه‌ای چند ده‌ساله تضمین شود. در بخش فوقانی این سازه، یک ماژول خدماتی طراحی شده که از طریق نوعی آسانسور به سطح دریا متصل است و امکان بازرسی، تعویض قطعات و نگهداری مستمر را فراهم می‌آورد. این طراحی یکپارچه، قابلیت بهره‌برداری مداوم و پایدار مرکز را بدون نیاز به توقف‌های مکرر عملیاتی ممکن می‌سازد.

چالش‌های زیست‌محیطی و امنیتی

از منظری دیگر، نگرانی‌های زیست‌محیطی درباره اجرای این پروژه با وجود مزایای چشمگیر در حوزه کاهش مصرف انرژی، همچنان پابرجا هستند و ابعاد مختلف این نگرانی‌ها به‌تدریج در مطالعات علمی و ارزیابی‌های میدانی آشکار می‌شوند. داده‌های ارزیابی مستقل «Highlander» از پروژه سال ۲۰۲۰ در منطقه ژوهای نشان می‌دهد که دمای آب پیرامونی کمتر از آستانه‌های مجاز باقی مانده، اما این نتایج محدود به مقیاس کوچک آزمایشی بوده است. کارشناسانی مانند شائولی رن از دانشگاه کالیفرنیا هشدار می‌دهند که در مقیاس مگاواتی، گرمای دفع‌شده از این مراکز می‌تواند به مسئله آلودگی حرارتی، تغییر ترکیب اکولوژیک و اختلال در زنجیره غذایی دریایی منجر شود.

همچنین، این تغییرات ممکن است الگوهای مهاجرتی، رفتار تغذیه‌ای و زادآوری گونه‌های دریایی حساس به دما را نیز دستخوش دگرگونی کند. اندرو وانت، بوم‌شناس دریایی از دانشگاه هال، معتقد است که گرمای منتشرشده، به‌ویژه در مناطق کم‌عمق با تبادل حرارتی محدود، نه تنها می‌تواند برخی گونه‌ها را جذب و برخی دیگر را دور کند، بلکه ممکن است به پدیده تمرکز گونه‌ای و کاهش تنوع زیستی منجر شود. به گفته او، هنوز داده‌های کافی برای سنجش اثرات بلندمدت این نوع زیرساخت‌ها بر زیست‌بوم دریایی وجود ندارد و ضرورت دارد پایش‌های چندساله و مدل‌سازی‌های حرارتی دقیق در این زمینه اجرا شود.

در کنار ملاحظات زیست‌محیطی، تهدیدات امنیتی اجرای چنین طرحی نیز قابل چشم‌پوشی نیستند و طیف وسیعی از خطرات فنی، اطلاعاتی و ژئواستراتژیک را شامل می‌شوند. پژوهش‌های مشترک دانشگاه فلوریدا و دانشگاه ارتباطات الکترونیکی ژاپن نشان داده که مراکز داده زیردریایی در برابر حملات مبتنی بر امواج صوتی در آب، نفوذ از طریق ارتعاشات یا حتی اختلالات الکترومغناطیسی ناشی از تجهیزات نظامی دریایی آسیب‌پذیر هستند. افزون بر این، اتصال شبکه‌ای میان مرکز فراساحلی و خشکی نیازمند کابل‌کشی پیچیده و پرهزینه‌ای است که در معرض خطر قطع فیزیکی، تخریب عمدی یا آسیب‌های ناشی از جریانات دریایی قرار دارد. این عوامل نه تنها هزینه نگهداری و نظارت را افزایش می‌دهند، بلکه می‌توانند پایداری عملیاتی و امنیت داده‌ها را در سطح ملی و بین‌المللی تحت تأثیر قرار دهند.

تحولی جهانی 

با وجود همه چالش‌های مطرح شده در مسیر اجرای این پروژه بلندپروازانه، مراکز داده زیردریایی را می‌توان حلقه‌ای مهم از زنجیره تحول جهانی در مسیر کربن‌زدایی و بهینه‌سازی مصرف انرژی دانست که ترکیبی از فناوری‌های نوین مهندسی، سیاست‌گذاری هوشمند و نوآوری در مدیریت انرژی را در خود جای داده‌اند. چین با تکیه بر سیاست‌های حمایتی، سرمایه‌گذاری دولتی و بهره‌گیری از ظرفیت انرژی‌های تجدیدپذیر، تلاش دارد این فناوری را از مرحله آزمایشی به فاز بهره‌برداری پایدار برساند و به الگویی قابل تعمیم در سطح بین‌المللی تبدیل کند. در این مسیر، چالش‌هایی همچون تضمین پایداری زیست‌محیطی، تاب‌آوری سازه‌ها در برابر فشار و دما و همچنین ایمنی سایبری داده‌ها از جمله موانع کلیدی به شمار می‌روند که نیازمند تدوین چارچوب‌های مقرراتی و نظارتی دقیق هستند.

تجربه چین نشان می‌دهد که این مراکز می‌توانند به جای جایگزینی کامل مراکز داده سنتی، در نقش مکملی راهبردی برای کاهش بار انرژی، افزایش ظرفیت پردازشی هوش مصنوعی و ایجاد تعادل در شبکه‌های برق عمل کنند. در نهایت، می‌توان نتیجه گرفت که مراکز داده زیردریایی در صورت همگامی توسعه این فناوری با استانداردهای جهانی حفاظت از محیط‌زیست و الزامات فنی پایش مستمر، می‌توانند به یکی از نقاط عطف در گذار صنعت فناوری اطلاعات به دوره‌ای سبز، کم‌کربن و کارآمد از منظر انرژی تبدیل شوند که در آن پایداری محیطی و پیشرفت فناورانه به صورت هم‌زمان تحقق می‌یابد.