“飞行数据中心”能否缓解行业面临的可持续发展困境？

数据中心科幻小说可能离现实又近了一步：研究人员介绍了一种新的系统，这种系统采用浮动的IT设施，利用平流层的自然低温进行冷却。

数据中心行业对利用创新的可持续解决方案并不陌生。地球的自然环境长期以来一直被用作提高能源效率的一种手段，从在较凉爽的北欧国家建造数据中心，再到利用地下深处水库甚至闲置矿井的地热冷却数据中心。

但是，飞行数据中心怎么可以在平流层保持自然凉爽的同时收集太阳能呢？对于沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的研究人员来说，这个未来概念可能很快就会触手可及。

支持数据中心的高空平台

今年9月一份题为“数据中心支持的高空平台：绿色计算替代方案”的报告，评估了高空平台（HAP）的潜在能源效益，高空平台是一种概念性的数据中心系统，服务器安装在充满氦气的、飞艇状的飞艇。

KAUST大学计算机、电气和数学科学以及工程部门的研究人员表示，由于平流层的自然低温及其收集太阳能的能力，数据中心支持的HAP可以实现巨大的能源效率。

HAP不是一种成熟的数据中心设施，而是通过电子方式连接到地面上的、更为传统的数据中心。然而据称，仅将部分地面工作负载转移到飞行数据中心就可以节省高达14%的能源需求。

KAUST大学的研究人员解释说：“我们对数据中心支持的高空平台在实际条件和现实条件下的运行进行了深入分析，检查了飞行条件、能耗模型、收集的能源需求以及传输链路的可靠性等因素。”Osama Amin、Basem Shihada和Wiem Abderrahim共同撰写了这篇论文。

地面数据中心与不同数据中心高空平台部署场景之间的比较

HAP如何维持生存？

在解释HAP设施如何保持浮力的时候，Abderrahim解释说：“这种数据中心支持的HAP充满了氦气，就像传统的飞艇一样。HAP应该有一个固定的定位，并且不应该移动。但是，考虑到平流层中的风速很高，我们需要一种克服风阻力效应的推进运动来稳定HAP。”

这种推进能源将由白天产生的太阳能和夜间以锂硫电池或氢燃料电池形式存储下的能量提供。

研究人员表示，HAP消耗的能量将用于：

1. 推进力：包括定位和稳定HAP所需的能量。
2. 有效负载：这是HAP中托管的服务器的计算能量，取决于服务器特性和工作负载特性。
3. 通信：包括与地面数据中心进行无线通信所使用的能量，涵盖了从地面数据中心接收卸载工作负载、对其进行处理、然后将任何所需处理数据发送回数据中心所需的能源。

天上的Pi？

应该指出的是，他们提出的解决方案在很大程度上仍然是一个理论概念，研究人员强调了高空平台数据中心变成现实需要克服的众多挑战。

Amin表示：“数据中心支持的HAP面临两大挑战，即技术和财务。从技术角度来看，平流层恶劣的天气条件需要部署经过特殊改造且更具弹性的电子设备。此外，飞艇和服务器的维护频率对于平衡计算服务质量和HAP任务持续时间之间的权衡来说是至关重要的。”

Amin补充说：“从财务角度来看，应该考虑到数据中心支持的HAP的经济可行性。HAP平台和空中服务器成本等资本支出，以及能源成本等运营支出，必须纳入盈利能力的整体评估中。”

Omdia云和数据中心研究实践首席分析师Alan Howard认为：“暂时忽略这些高空平台商业化的技术和财务挑战，令人印象深刻的是，我可以运行一组服务器而无需支付任何电力费用。”

“要实现这一点，还有很长的路要走，但从根本上来说，能够在不需要冷却和电网电源的情况下运行数据中心，这是一个有趣的概念。”

英国数据中心专业公司Pulsant的环境与可持续发展负责人Helen Munro表示：“很高兴看到这些创新想法，这些想法将挑战我们以不同的方式思考我们将数据处理活动定位在哪里，以实现更高的可持续性。”

“通常我们仍然需要保持本地处理，特别是在低延迟应用中。但在很多情况下，我们应该推动自己去更多地思考我们在何处以及何时处理和存储数据。事实上，我们不必到达平流层——较凉爽的环境和较低的电网碳强度已经让不少北欧地区的数据中心从中受益。

心态的改变

尽管在高达20公里的空中启动一座浮动的数据中心（并长时间保持在那里）面临着巨大的技术挑战，但这项针对高空平台的最新研究正值数据中心行业面临着一场关于可持续性的艰苦奋斗。

据称，数据中心目前约占全球用电量的1.5%，并且未来几年数据中心能耗的年增长率还将呈指数级增长，对新解决方案的需求变得比以往任何时候都更加重要。

Munro表示：“我相信我们需要改变思维方式，这将有助于对计算工作负载的位置和时间采取一种动态的方法，这样我们就可以更好地了解IT资源的消耗方式，而且关键是要认识到，实现完全可持续发展需要数十年的努力和社会层面的变革，在这个过程中，与客户、供应商、监管机构、创新者和我们社区的合作是非常重要的。”

展望未来，研究人员表示，他们将继续完善技术模型，并为数据中心支持的HAP开发经济的模型。

“我们的最终目标是为满足数据中心资源不断增长的需求开发出可行的、高效的、且可持续的解决方案做出贡献，我们计划在工业合作伙伴的帮助下继续开发可行的概念验证，以证明我们模型的可行性，并为基于HAP的数据中心的运营提供切合实际的见解。”