位于海南省陵水黎族自治縣的清水灣，是一個擁有碧海藍(lán)天與溫暖陽光的熱帶海灣。早春三月，海岸線旁的沙灘上滿是享受假期生活的游客。在不遠(yuǎn)處的海域，重量與1000輛小汽車相當(dāng)、單個罐體直徑與“天和號”空間站核心艙相當(dāng)?shù)膸讉€“大家伙”正隱于波濤之下，安靜地工作著。

自去年3月底在陵水正式投入運(yùn)營以來，全球首個商用海底數(shù)據(jù)中心已平穩(wěn)運(yùn)行近一年，為人工智能、大數(shù)據(jù)等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)提供數(shù)據(jù)存儲和計算服務(wù)。“把數(shù)據(jù)存進(jìn)海底”，這一天馬行空的想象變成現(xiàn)實(shí)，互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)行業(yè)與海洋科技打通，形成了全新的交叉業(yè)態(tài)。

數(shù)據(jù)中心為何由陸向海？錯綜復(fù)雜的海洋環(huán)境能否保障數(shù)據(jù)安全和穩(wěn)定？“陸數(shù)海算”將如何助力我國算力邁上新臺階？一起走近海南陵水商用海底數(shù)據(jù)中心。

海底數(shù)據(jù)艙正在進(jìn)行車間建造集成

將海洋能源轉(zhuǎn)化為海洋算力

在幾乎不消耗淡水資源的同時支持更高的功率密度

算力，就像農(nóng)業(yè)時代的水利、工業(yè)時代的電力，是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的核心生產(chǎn)力，也是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施。據(jù)工信部數(shù)據(jù)，目前我國算力總規(guī)模居全球第二，保持30%左右的年增長率。我國啟動國家級工程——“東數(shù)西算”，優(yōu)化算力資源分布。與此同時，廣袤海洋也成為數(shù)據(jù)中心的新坐標(biāo)。

“數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器在運(yùn)行過程中會散發(fā)大量熱能，通常陸地數(shù)據(jù)中心必須通過一套復(fù)雜的制冷系統(tǒng)使機(jī)房服務(wù)器維持在特定的溫度范圍，這需要消耗大量電能運(yùn)轉(zhuǎn)空調(diào)進(jìn)行熱量傳遞，并通過淡水蒸發(fā)消散熱量。而海洋作為全球最大的自然冷源，將數(shù)據(jù)中心建在海底，其優(yōu)勢在于減少數(shù)據(jù)中心在制冷上所需的能耗，在幾乎不消耗淡水資源的同時，可以支持更高的功率密度，進(jìn)而穩(wěn)定地提供澎湃算力。”海蘭云海底數(shù)據(jù)中心海南示范開發(fā)項目總經(jīng)理蒲定介紹，以100個海底數(shù)據(jù)艙為例，相較于同等規(guī)模的陸地傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，海底數(shù)據(jù)中心每年能節(jié)省用電總量1.22億千瓦時、節(jié)省建設(shè)用地面積6.8萬平方米、節(jié)省淡水10.5萬噸。

工作人員正在調(diào)試艙內(nèi)設(shè)備

海南作為熱帶島嶼，島內(nèi)的陸地數(shù)據(jù)中心發(fā)展長期存在著能源短缺、淡水和土地資源有限、高溫高濕氣候環(huán)境、臺風(fēng)高發(fā)等諸多問題，因此海底數(shù)據(jù)中心省電、省水、省土地這樣獨(dú)特的價值特征為海南島信息基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)發(fā)展提供了新的可選解決方案。

“落子海南，更多的還是看中了它在算力需求上的迫切性。”蒲定表示，跨境數(shù)據(jù)在支撐國際貿(mào)易活動、促進(jìn)跨國科技合作、推動數(shù)據(jù)資源共享方面的作用越來越凸顯，海南自貿(mào)港封關(guān)運(yùn)作后，將迎來大量的離岸數(shù)據(jù)中心需求。海底數(shù)據(jù)中心能夠?yàn)閿?shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供底層支撐，助力海南自貿(mào)港“數(shù)據(jù)安全有序流動”政策落地。

縮短數(shù)據(jù)中心與用戶之間的距離，也是將數(shù)據(jù)中心放在沿海水下的重要考量。

“通過將數(shù)據(jù)中心放置在沿海城市附近的水下，數(shù)據(jù)的傳輸距離會很短，從而實(shí)現(xiàn)快速流暢的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。”海油工程海底數(shù)據(jù)中心示范開發(fā)項目經(jīng)理張飛介紹，有些對時延要求不高的業(yè)務(wù)，比如數(shù)據(jù)存儲，可以按照國家“東數(shù)西算”政策放到西部地區(qū)的數(shù)據(jù)中心；而對于遠(yuǎn)程手術(shù)、自動駕駛等需要數(shù)據(jù)精準(zhǔn)同步的產(chǎn)業(yè)來說，1毫秒的數(shù)據(jù)反饋時延都能帶來巨大影響。“既然人類有臨海而居的生活特性，我們選在海底自然是最方便貼近的。”

面對廣袤海洋，如何確定合適的海域？項目團(tuán)隊在海南環(huán)島海域進(jìn)行了為期一年的全島篩選。“陵水清水灣海域處于瓊東上升流范圍，海底水溫較低，滿足海底數(shù)據(jù)中心對低溫海水的建設(shè)需要。”蒲定介紹，陵水還是中國電信國際海纜登陸站所在地，海底數(shù)據(jù)中心可利用現(xiàn)有的國際海纜輻射亞太信息高速公路，未來也能承接更多的跨境數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

克服海洋浮力等一系列挑戰(zhàn)

穩(wěn)扎海底的數(shù)據(jù)艙能抵抗百年一遇的臺風(fēng)

海底數(shù)據(jù)中心一般由岸站、海底分電站、數(shù)據(jù)艙模塊、水下基礎(chǔ)組成。

一條光電復(fù)合電纜將海底數(shù)據(jù)中心跟岸上的一座白色小房子連接在一起，小房子就是海底數(shù)據(jù)中心岸站。在岸站的總控室，技術(shù)人員通過屏幕可以看到所有數(shù)據(jù)艙的內(nèi)外環(huán)境和各項參數(shù)，此外還有一套數(shù)字孿生系統(tǒng)，時刻對海底數(shù)據(jù)艙內(nèi)外進(jìn)行自動巡檢。

張飛打了個簡單的比方，“海底分電站可以理解為一根多頭充電數(shù)據(jù)線，通過光電復(fù)合電纜，一頭連接著岸站的電力和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，另外一頭的三個接口分別連接著三個不同的海底數(shù)據(jù)艙模塊，為它們傳輸電力和數(shù)據(jù)。”

在各個模塊中，海底數(shù)據(jù)艙是最主要的功能單元，用來進(jìn)行數(shù)據(jù)的計算和存儲。據(jù)了解，目前每個數(shù)據(jù)艙部署了24個標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜，可以安放400-500臺服務(wù)器。“數(shù)據(jù)艙的服務(wù)模式主要有兩種。一種模式是我們提供海底的機(jī)柜，客戶可以把自己的服務(wù)器放到機(jī)柜里；另一種模式是我們直接提供算力服務(wù)，即為各種計算密集型任務(wù)提供強(qiáng)大的計算能力，例如科學(xué)計算、數(shù)據(jù)分析、人工智能訓(xùn)練等。”蒲定說。

作為創(chuàng)新型海洋裝備，海底數(shù)據(jù)艙結(jié)構(gòu)設(shè)計壽命為15年。艙內(nèi)安裝大量精密的數(shù)據(jù)元件，罐體上存在大量管線和電纜通過的開孔，罐體下沉至海底之后，將要長期承受外部海水壓力，從方案研究、工程化設(shè)計、建造到測試，都存在非常大的技術(shù)挑戰(zhàn)。海油工程憑借自身在海工裝備設(shè)計制造業(yè)務(wù)領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，負(fù)責(zé)該項目首批數(shù)據(jù)艙模塊基本設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、部分材料采辦、制造、測試等工作。

服務(wù)器最怕的就是水，數(shù)據(jù)中心由陸上轉(zhuǎn)移到海底，首先面臨的挑戰(zhàn)是艙體的密封性。“數(shù)據(jù)艙的回收周期一般是5年，也就是說一旦把它放到海底，下一次‘撈’起來就是5年之后，其間無法下水維護(hù)，因此密封至關(guān)重要。”張飛表示，在項目實(shí)施過程中，針對不同的用途以及不同的法蘭結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新采用不同的密封形式，設(shè)計局部氣密試驗(yàn)裝置代替整體氣密試壓，對雙O型圈密封形式的穿艙口進(jìn)行氣密試驗(yàn)。這樣一來，不僅確保了質(zhì)量安全，還降低了工程成本，節(jié)約了項目工期。

海底數(shù)據(jù)中心一期工程最后一個數(shù)據(jù)艙模塊正在吊裝下水

此外，由于安裝作業(yè)地點(diǎn)為近海，海水的腐蝕和微生物附著也會影響密封效果，因此密封技術(shù)需要具有高耐腐蝕性和抗生物附著能力。在材料選擇上，工程師們選擇了安全可靠環(huán)保的防海生物附著的防腐涂層，把對海洋生態(tài)環(huán)境的影響降到最低。

如何克服浮力讓數(shù)據(jù)艙沉到海底，也是一門學(xué)問。“在重和輕之間我們需要找到一個平衡點(diǎn)，要保證它既能順利下沉并抵抗海洋地質(zhì)活動和臺風(fēng)等災(zāi)害，又不會因重量太大而增加后期運(yùn)維成本。”張飛回憶，水下數(shù)據(jù)艙模塊中有2個直徑3.6米、長度16米的罐體，安裝過程中罐體浮力較大，下沉困難，且入水后由于其重量輕，波流力影響較大，安裝難度非常高。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)對比，最終通過結(jié)構(gòu)管內(nèi)部充水、平衡載荷調(diào)配等方式，突破了數(shù)據(jù)艙模塊水下安裝就位的技術(shù)難題，與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)鎖定后可保證其能夠抵抗百年一遇的臺風(fēng)。

未來計劃部署100個海底數(shù)據(jù)艙

為“東數(shù)西算”提供重要補(bǔ)充

去年7月，海底數(shù)據(jù)中心首艙客戶中國電信集團(tuán)海南分公司聯(lián)合中國信通院，發(fā)布半年度運(yùn)營報告指出，自海底數(shù)據(jù)中心啟用以來，運(yùn)行良好，各項指標(biāo)平穩(wěn)，供配電、暖通、弱電等系統(tǒng)工作正常，為IT系統(tǒng)提供了穩(wěn)定的電力和運(yùn)行環(huán)境，服務(wù)器零故障，現(xiàn)場零運(yùn)維。

在全球能源轉(zhuǎn)型和中國“雙碳”目標(biāo)背景下，數(shù)據(jù)中心作為最主要的算力基礎(chǔ)設(shè)施，其綠色發(fā)展也成為大勢。

近年來，國家發(fā)展改革委、工信部等部門先后出臺《貫徹落實(shí)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求 推動數(shù)據(jù)中心和5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實(shí)施方案》《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》等，鼓勵探索利用河湖、海洋等優(yōu)勢資源，建設(shè)利用自然冷源散熱的數(shù)據(jù)中心，充分發(fā)揮氣候水文和地形地貌等自然條件天然優(yōu)勢，因地制宜促進(jìn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗。此外，海南省、廣東省、山東省等提出的海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展“十四五”規(guī)劃，也都提出要促進(jìn)海底數(shù)據(jù)中心研發(fā)及建設(shè)。

據(jù)了解，海底數(shù)據(jù)中心海南示范開發(fā)項目計劃分三期進(jìn)行。第一期示范開發(fā)項目布放3套海底數(shù)據(jù)艙模塊共計7個數(shù)據(jù)艙，隨著去年年底最后一套海底數(shù)據(jù)艙模塊成功安裝并調(diào)試，一期工程全面竣工。二期規(guī)模化開發(fā)將完成30個數(shù)據(jù)艙的建設(shè)，三期計劃完成100個數(shù)據(jù)艙的建設(shè)。建成后，將為“東數(shù)西算”提供重要補(bǔ)充，同時向東南亞等“一帶一路”國家延伸，為海南數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供支撐。

一期工程最后一個數(shù)據(jù)艙模塊近景

布放海底數(shù)據(jù)中心的海域既可以包容海洋牧場、漁業(yè)網(wǎng)箱等生態(tài)類活動，又可以與海上風(fēng)電、海上石油平臺等工業(yè)類活動互相服務(wù)，這是生態(tài)用海、集約用海的體現(xiàn)。如何有效地跟海上的其他經(jīng)濟(jì)體實(shí)現(xiàn)共建共用，是海底數(shù)據(jù)中心下一步研究的方向。

“以海上風(fēng)電為例，從選址、考察、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取，到設(shè)計、施工安裝、運(yùn)營運(yùn)維，風(fēng)電和數(shù)據(jù)中心的開發(fā)規(guī)律有很多相似之處。比如海底電纜，海上風(fēng)電利用電纜把電送回陸地，而我們利用電纜把陸地的電引到海上來，因此我們可以共建共用基礎(chǔ)設(shè)施，節(jié)約開發(fā)成本。”蒲定告訴記者，除了共建之外，海上風(fēng)電可以提供大量的綠電給數(shù)據(jù)中心作清潔能源，其塔樁也可以作為數(shù)據(jù)中心的艙室，用來放置油機(jī)和備用裝備。

據(jù)記者了解，海底數(shù)據(jù)中心項目是海南省首例海域立體分層出讓項目，政府部門根據(jù)企業(yè)的海域使用需求僅出讓了海床部分，海水和海上空間仍然可以為其他項目和產(chǎn)業(yè)服務(wù)。蒲定表示，“數(shù)據(jù)艙跟外界沒有交互，只有一些輕微的熱交換，艙體產(chǎn)生的熱量對周邊海水的溫度上升影響非常有限。在艙體周圍2米范圍內(nèi)，可能有不到1攝氏度的溫度上升，超過2米范圍后，基本沒有可見變化。因此海底數(shù)據(jù)中心的上層和水面海域仍然可以用于智能網(wǎng)箱開展海洋牧場漁業(yè)養(yǎng)殖，或者部署浮式波浪能發(fā)電裝置等綜合性立體用海開發(fā)項目，這也是海蘭云計劃在陵水開展的第二期立體科技用海的示范工程。”

未來，隨著研發(fā)技術(shù)的成熟，除了海南，長三角、珠三角海域的數(shù)據(jù)中心也將逐步推廣。大海之下蘊(yùn)藏的無限機(jī)遇，正向海洋新業(yè)態(tài)張開懷抱。