“Tổng đầu tư 1,6 tỷ nhân dân tệ, PUE thấp đến 1,15, điện xanh cung cấp trực tiếp hơn 95%, tiết kiệm 61 triệu kWh điện mỗi năm. Khu vực biển Đông Hải, Lâm Cảng, Thượng Hải, trung tâm dữ liệu đáy biển kết nối trực tiếp gió biển đầu tiên trên thế giới đi vào hoạt động.”
Năm 2026, mọi người dùng AI rất vui, nhưng những người làm trung tâm tính toán gần như phát điên vì bận rộn. Nhu cầu tính toán tăng quá nhanh, làm mát và cung cấp điện không theo kịp, ngành công nghiệp đã đến giai đoạn phải cạnh tranh bằng trí tưởng tượng. Trước đó có người còn đề xuất khái niệm tính toán trong không gian, phóng trung tâm dữ liệu ra ngoài vũ trụ. Và bây giờ, thực sự có người ném máy chủ xuống biển.
Đây không phải là giới thiệu một khái niệm tương lai nào đó. Là đã ném rồi, đầu tư 1,6 tỷ tệ, ném xuống biển một lần là hơn 2000 máy chủ. Ngay tại Lâm Cảng, Thượng Hải, vùng biển Đông Hải phía đông Tiểu Dương Sơn, 192 tủ rack được nhét trong một phòng máy bốn tầng dưới nước sâu 10 mét dưới một giàn nổi trên biển, chạy tính toán liên tục. Toàn bộ thứ này cộng lại nặng 1950 tấn, tương đương trọng lượng của khoảng 1300 chiếc xe hơi gia đình. Cách đó 500 mét là hơn 50 cột tua-bin gió, điện gió kết nối trực tiếp, tỷ lệ cung cấp điện xanh vượt quá 95%.
Trước tiên xem vài số liệu. PUE (chỉ số hiệu suất năng lượng trung tâm dữ liệu, càng gần 1 càng tốt): trung tâm dữ liệu đáy biển này là 1.15 (con số này rất ấn tượng, phần sau sẽ giới thiệu chi tiết), trung bình toàn quốc là 1.48. Tiêu thụ nước ngọt: bằng không. Diện tích chiếm đất: 200 mét vuông, cùng quy mô trên đất liền cần 2000 mét vuông. Khi vận hành toàn quy mô, hàng năm tiết kiệm 61 triệu kWh điện.
Nghĩa là, ngâm máy chủ xuống biển, không những không hư hỏng, mà còn tiết kiệm điện, tiết kiệm nước, tiết kiệm đất và tỷ lệ hỏng hóc còn thấp hơn so với đặt trên đất liền.
Hôm trước CCTV phát tin tức này, sau khi xem xong tôi đi lục lọi những thứ đằng sau, phát hiện việc này thú vị hơn nhiều so với những gì báo chí nói.
Nhìn về quá khứ, đây là một con đường đã được khám phá và thử nghiệm nhiều năm. Kiểm tra lặp đi lặp lại, cuối cùng mới đảm bảo có thể an toàn ném năng lực tính toán xuống nước. Nhìn về tương lai, hai sự nghiệp lớn là trung tâm tính toán và năng lượng xanh, tình cờ giao nhau trên con đường này, một ván cờ lớn, đã đi ra một bước then chốt.
Đáng để kể từ đầu.
01: Tại sao nhất định phải thả máy chủ xuống biển
Trung tâm dữ liệu cái thứ này, nói phức tạp cũng phức tạp, nói đơn giản cũng đơn giản. Nói đơn giản, vấn đề cốt lõi nó cần giải quyết chỉ có hai: cung cấp điện và tản nhiệt.
Máy chủ cần dùng điện, ai cũng biết, nhưng nhiều người không biết rằng, điện dùng để tản nhiệt cho máy chủ, có thể ngang ngửa với điện chính máy chủ tiêu thụ.
Trong ngành có một chỉ số cốt lõi để đánh giá hiệu suất năng lượng trung tâm dữ liệu, gọi là PUE, Power Usage Effectiveness. Cách tính cũng rất trực quan: tổng số điện toàn bộ trung tâm dữ liệu đã dùng, chia cho số điện thiết bị IT (máy chủ, lưu trữ, mạng) đã dùng. Nếu PUE là 2, ý nghĩa là máy chủ đốt 1 kWh điện để làm việc, điều hòa và các thiết bị phụ trợ khác lại đốt thêm 1 kWh điện để giúp nó tản nhiệt và duy trì hoạt động.
Trạng thái lý tưởng PUE nên là 1, tức là tất cả điện đều dùng để tính toán, không lãng phí một chút nào vào tản nhiệt. Nhưng thực tế không bao giờ đạt được 1, chỉ có thể tiệm cận vô hạn.
PUE trung bình của các trung tâm dữ liệu toàn quốc khoảng 1.48. Nói cách khác, các trung tâm dữ liệu toàn Trung Quốc, gần như cứ đốt 3 kWh điện, thì có 1 kWh là cho điều hòa.
Năm 2024, điện tiêu thụ của các trung tâm dữ liệu toàn cầu khoảng 415 terawatt giờ, chiếm 1.5% tổng lượng điện tiêu thụ toàn cầu. IEA (Cơ quan Năng lượng Quốc tế) dự đoán, đến năm 2030 con số này sẽ tăng hơn gấp đôi, lên 945 terawatt giờ. Đây mới chỉ là mức tiêu thụ năng lượng của trung tâm dữ liệu truyền thống, AI đến rồi, mọi chuyện càng trở nên kinh khủng hơn.
Trước đây một máy chủ CPU tiêu chuẩn, công suất khoảng 300 watt. Đổi thành máy chủ GPU chạy huấn luyện AI, cùng một máy, công suất có thể lên đến 3000 watt, vượt gấp mười lần. Báo cáo của IEA nói, mức tiêu thụ điện của máy chủ chuyên dụng AI dự kiến tăng trưởng 30% mỗi năm.
Một người làm trong ngành trung tâm dữ liệu 20 năm nói với tôi một hình ảnh rất trực quan: một tòa nhà văn phòng, máy điều hòa ngoài trời trên nóc đủ cho cả tòa nhà dùng, nhưng nếu bạn đổi tòa nhà này thành trung tâm dữ liệu, yêu cầu tản nhiệt sẽ tăng theo cấp số nhân, diện tích thiết bị điều hòa và cung cấp điện chiếm chỗ thậm chí có thể lớn hơn máy chủ, lúc đó trên nóc cộng với quảng trường dưới lầu chất đầy máy điều hòa ngoài trời, có thể còn không đủ để tản nhiệt ra ngoài.
Vì vậy ngành trung tâm dữ liệu toàn thế giới, những năm nay luôn suy nghĩ cùng một việc: làm sao tìm được nguồn lạnh rẻ hơn. Câu trả lời của mọi người giống nhau đến kỳ lạ: tìm từ tự nhiên.
Trước đây Facebook từng thử xây trung tâm dữ liệu ở khu vực vĩ độ cao Bắc Mỹ, càng gần vòng Bắc Cực càng tốt, nhiệt độ tự nhiên thấp. Vài năm trước Tencent xây trung tâm dữ liệu trong hang động ở Quý Châu, trong hang nhiệt độ quanh năm ổn định. Trong việc này, tiêu chuẩn đầu tiên của các hãng lớn khi chọn địa điểm không phải giao thông, không phải nhân tài, mà là nơi nào mát mẻ.
Công trình "Đông số Tây toán" của Trung Quốc cũng cùng một logic: xây trung tâm dữ liệu ở những nơi như Nội Mông, Quý Châu, Cam Túc. Phía Tây có điện, điện than rẻ, năng lượng mới cũng nhiều; thời tiết lạnh, như Ô Lan Sát Bố nơi này phần lớn thời gian trong năm dưới 0 độ, khả năng tản nhiệt tự nhiên mạnh. Tám trung tâm tính toán, mười cụm trung tâm dữ liệu, bản chất là đuổi theo điện rẻ và lạnh miễn phí chạy về phía Tây.
Các thành phố phía Đông thì sao?
Những nơi như Thượng Hải, Thâm Quyến, Bắc Kinh, lại chính là nơi nhu cầu tính toán sôi động nhất. Giao dịch tài chính, suy luận AI, xử lý dữ liệu xuyên biên giới, nhiều nghiệp vụ rất nhạy cảm với độ trễ, dữ liệu không thể cứ phải vòng qua hang động Quý Châu cách xa hai ngàn km tính một lần rồi truyền về. Nhưng những thành phố này lại đắt đỏ đất đai nhất, chỉ tiêu năng lượng khống chế chặt nhất, mùa hè còn nóng như thiêu.
Vì vậy mới là biển.
Nhiệt độ nước biển trung bình năm chỉ khoảng 15 độ C, tính lưu động cực mạnh, khả năng tản nhiệt gấp hàng chục lần nước hồ. Hơn nữa điện gió trên biển đang xây dựng quy mô lớn, điện ngay bên cạnh. Nguồn lạnh và nguồn điện, hai thứ trung tâm dữ liệu cần nhất, trên biển đồng thời cung cấp cho bạn.
Thả máy chủ xuống biển, về mặt logic mà nói, thực ra là câu trả lời tự nhiên nhất.
02: Việc đưa năng lực tính toán xuống biển, tổng cộng chia làm mấy bước
Đặt trung tâm dữ liệu dưới đáy biển, ý tưởng này không phải người Trung Quốc nghĩ ra trước.
Năm 2015, Microsoft khởi động một dự án tên là Project Natick. Thử nghiệm lần đầu, tư duy cũng khá mộc mạc: trước tiên ném một cái xuống xem có hỏng không, họ thả một khoang kín hình trụ đường kính khoảng 2.4 mét xuống đáy biển Thái Bình Dương, bên trong chứa máy chủ, chạy 105 ngày, xem máy chủ ngâm trong biển rốt cuộc có được không.
Kết luận là được.
Năm 2018, Microsoft tiến hành đợt hai, triển khai chính thức. Ở vùng biển quần đảo Orkney, Scotland, thả một container kín chứa 864 máy chủ xuống độ sâu khoảng 35 mét dưới đáy biển Bắc Hải. Dùng năng lượng thủy triều và gió địa phương cung cấp điện, nước biển làm mát tự nhiên, rồi không quản nữa.
Hai năm sau, 2020, Microsoft vớt thứ này từ đáy biển lên, mở ra xem, số liệu rất đáng kinh ngạc.
Hơn 800 máy chủ đáy biển, chỉ có 6 cái bị hỏng, tỷ lệ hỏng khoảng 0.7%. Đồng thời Microsoft đặt một nhóm đối chứng trên đất liền, 135 máy chủ, cũng chạy hai năm, hỏng 8 cái, tỷ lệ hỏng gần 6%. Tỷ lệ hỏng dưới biển khoảng một phần tám so với trên đất liền.
Đây là một kết quả phản trực giác. Microsoft giải thích rằng, trong khoang kín bơm đầy khí nitơ khô, không có oxy, không có hơi nước, không có bụi, không có rung động và biến động nhiệt độ do người ra vào mang lại. Máy chủ chạy trong môi trường gần như vô trùng, tốc độ lão hóa phần cứng giảm mạnh.
Không ai chạm, không ai xem, không bụi, không ai mở cửa bước vào lắc lư, ngược lại không có chuyện gì, một nơi hoàn toàn không có con người đại khái là môi trường làm việc lý tưởng nhất của máy chủ.
Thí nghiệm của Microsoft chứng minh một việc: làm mát đáy biển đáng tin cậy. Việc tiếp theo, là người Trung Quốc làm.
Năm 2020, Hải Lan Tín, một công ty niêm yết trong nước làm trang thiết bị biển, mua lại một đội ngũ trang thiết bị biển sâu Canada. Đội ngũ này từng tham gia công tác kỹ thuật của dự án Natick của Microsoft, quan trọng hơn, họ đã tích lũy kinh nghiệm hơn 20 năm trong lĩnh vực biển sâu. Bộ know-how dựa vào kinh nghiệm tích lũy đó rất quan trọng: nơi nào mọc vi sinh vật gì, vùng biển nào có điều kiện dòng chảy và địa chất như thế nào, thiết kế đầu nối ra sao mới có thể dưới nước chịu được 20 năm không có vấn đề.
Có cơ sở kỹ thuật này, trung tâm dữ liệu đáy biển thương mại hóa đầu tiên đã đặt chân xuống Hải Nam.
Chọn địa điểm ở vịnh Thanh Thủy, Lăng Thủy, Hải Nam, cách bờ khoảng 3 km, độ sâu nước 40 mét. Tư duy thiết kế là thả một thùng kín xuống đáy biển, thông qua cáp ngầm đáy biển kết nối với trạm điều khiển trên bờ, dùng nước biển làm mát tự nhiên, năm 2022 đưa vào vận hành thử.
Chạy hơn ba bốn năm, vài số liệu cốt lõi đã ra. PUE dưới 1.2, tốt hơn xa mức trung bình toàn quốc 1.48, năng lượng tiêu thụ làm lạnh tiết kiệm trên 90%, nghĩa là hàng năm tiết kiệm khoảng 3 triệu kWh điện, tiết kiệm nước ngọt khoảng 15 nghìn tấn, phần trên bờ chiếm đất chỉ 400 đến 500 mét vuông, khoảng một phần năm so với trung tâm dữ liệu cùng thể tích trên đất liền.
Nghe như chuyển trung tâm dữ liệu xuống đáy biển là xong việc, hoàn toàn không phải.
Thế hệ Hải Nam này, nguồn lạnh giải quyết rồi, chi phí cũng kiểm chứng rồi, nhưng nguồn điện vẫn là điểm yếu. Lưới điện Hải Nam chủ yếu dựa vào nhiệt điện, hơn 70%. Trung tâm dữ liệu đáy biển dùng điện thị trường trên bờ, một sợi cáp ngầm đáy biển kéo qua, chỉ cáp đã tốn đầu tư hàng chục triệu. Chi phí vận hành hàng ngày thực sự thấp, nhưng tính đầu tư tài sản nặng kỳ xây dựng vào, tính kinh tế không phải rất tốt, hơn nữa cung cấp điện nhiệt điện, nhìn dài hạn, vẫn chưa đủ xanh.
Làm sao đồng thời giải quyết cả nguồn lạnh và nguồn điện. Vì vậy bước tiếp theo, đến Thượng Hải.
Dự án Thượng Hải là tư duy hoàn toàn khác: chọn địa điểm ở vùng biển phía đông Tiểu Dương Sơn, Lâm Cảng, cách một trang trại điện gió trên biển 200 MW đã có sẵn chỉ 500 mét, điện gió thông qua cáp ngầm đáy biển kết nối trực tiếp vào trung tâm dữ liệu, không qua lưới điện đất liền, dùng toàn bộ là điện xanh thực sự. Nguồn lạnh và nguồn điện, cuối cùng đồng thời giải quyết.
Thay đổi then chốt ở cấu trúc chi phí. Thế hệ Hải Nam đó cần tự xây trạm bờ, lắp đặt cáp, kéo mạng, những cơ sở hạ tầng này chiếm tỷ lệ lớn trong tổng đầu tư. Thế hệ Thượng Hải này, trạm bờ, cáp, mạng, thậm chí một phần thiết bị điện, phía trang trại gió vốn đã có, tái sử dụng trực tiếp, chỉ mỗi khoản này, đầu tư đã giảm mấy chục phần trăm.
Việc này đi lâu như vậy, độ khó lớn hơn nằm ngoài kỹ thuật, bởi vì đây là một việc hầu như chưa ai từng làm, ngay cả nhiều tiêu chuẩn đều cần chứng minh từ đầu.
Trước tiên nói về bảo vệ môi trường. Một sự thật không nhiều người biết là, làm công trình dưới biển, tiêu chuẩn môi trường cao hơn nhiều so với đất liền.
Bạn đặt một thứ liên tục phát nhiệt dưới đáy biển, tản nhiệt tốt gọi là làm lạnh, tản không tốt thì đó là một cái đun nước nhanh. Trước đó có người từng thử dùng nước hồ làm mát trung tâm dữ liệu, bơm nước lạnh trong hồ lên làm mát, rồi xả về. Kết quả nhiệt độ nước hồ tăng lên, còn may chưa nấu thành canh cá, nhưng tốc độ sinh trưởng của cá rõ ràng tăng nhanh, cân bằng sinh thái bị phá vỡ, không đạt tiêu chuẩn môi trường.
Tiêu chuẩn dưới biển càng nghiêm ngặt. Người trong nghề nói với chúng tôi, ở chi tiết này, yêu cầu môi trường đối với trung tâm dữ liệu, nhiệt độ nước biển xung quanh (khoảng 1 mét) biến đổi không được vượt quá 0.1 độ C. 0.1 độ, độ chính xác này đã rất khắt khe rồi, nhưng chỉ đạt tiêu chuẩn chưa đủ, bạn còn phải có năng lực giám sát liên tục, có kế hoạch dự phòng ứng phó tình huống cực đoan, những năng lực này không phải ai cũng có.
Làm dự án này là Hải Lan Vân, công ty con của công ty niêm yết Hải Lan Tín lĩnh vực biển. Công ty mẹ nhiều năm đào sâu lĩnh vực khoa học biển, từng làm những việc như quan trắc biển, trang thiết bị đáy biển, thông tin trên biển. Đổi một công ty không có nền tảng kỹ thuật biển đến, chỉ mỗi cửa ải môi trường có thể đã bị chặn.
Nói tiếp về phía máy chủ, người sẵn sàng ném máy chủ đắt tiền xuống nước, phải thực sự tin tưởng phương án này. Những thiết bị này không hề rẻ, ngâm hỏng thật sự đau lòng. Hơn nữa loại dự án này đòi hỏi tự nhiên các khâu phần cứng đều đủ đáng tin cậy, đừng nghĩ ba ngày hai ngày có thể cử người xuống thay vài tấm card, rất phiền phức.
Đủ loại nguyên nhân cộng lại, dự án này cuối cùng tập hợp các công ty lớn từng lĩnh vực trên chuỗi, ví dụ Thân Năng vận hành trang trại gió, đại ca lĩnh vực năng lượng Hoa Đông; Thượng Hải Nghi Điện, tập đoàn công nghiệp lâu đời, ở đây chịu trách nhiệm máy chủ; thông tin do Thượng Hải Điện Tín chịu trách nhiệm, cái này không cần giải thích nhiều. Tổng mà nói, kỹ thuật biển, cung cấp năng lượng, vận hành tính toán, sản xuất máy chủ tập hợp ở đây, một khâu sảy chân, toàn bộ việc đi không thông.
03: Gió + điện, không gian tưởng tượng lớn bao nhiêu?
Nhìn xa hơn, dự án Thượng Hải này thậm chí cũng chỉ là một khởi đầu, thứ thực sự khiến người ta cảm thấy con đường này có không gian tưởng tượng lớn, là sự kết hợp tiếp theo với trang trại điện gió trên biển lớn xa bờ.
Thượng Hải đang quy hoạch một trang trại điện gió trên biển xa bờ, tổng công suất 4300 MW. Hiện tại quy mô một trung tâm dữ liệu trung lớn ở Thượng Hải khoảng 20 MW, nghĩa là, năng lực phát điện của một trang trại gió này, về lý thuyết có thể cung cấp cho hơn 200 trung tâm dữ liệu trung lớn.
Tất nhiên không phải toàn bộ dùng để cung cấp cho trung tâm dữ liệu, nhưng có người tính một tỷ lệ tương đối an toàn: lấy khoảng 15% năng lực phát điện tối đa của trang trại gió, là đủ cung cấp cho một cụm tính toán trên biển quy mô lớn. 15% là gì? chính là dù chỉ có ít tua-bin gió nhất đang quay, phần điện lực này cũng ổn định, không cần thêm lưu trữ năng lượng, không lo biến động, là điện tốt nhất.
Theo tỷ lệ này tính, 15% của 4300 MW là khoảng 600 MW. Trung tâm tính toán 600 MW, đặt trên biển, dùng điện xanh cung cấp trực tiếp, nước biển làm mát tự nhiên.
Ở đây có một bài toán kinh tế rất quan trọng: trang trại gió xa bờ cách bờ hơn một trăm km, điện từ biển truyền về đất liền, tổn hao truyền tải vượt quá 10%. Nhưng tính toán không cần truyền điện, bạn trên biển biến điện trực tiếp thành năng lực tính toán, tính xong kết quả thông qua cáp quang truyền về, hầu như không có tổn hao truyền tải. Tổn hao của điện là trên 10%, tổn hao của dữ liệu gần như bằng không, cùng là đưa thứ từ biển về, đưa bit lợi hơn đưa electron nhiều.
Nghĩ xa hơn một bước. Chân đế của tua-bin gió trên biển gọi là tháp, chính là cái cột lớn cắm dưới đáy biển. Tua-bin gió trên biển hiện nay càng làm càng lớn, công suất một tua-bin gió từ hai ba MW trên đất liền làm đến 12 đến 20 MW trên biển. Đường kính tháp cũng theo đó tăng, hiện nay khoảng 18 đến 20 mét.
Cột đường kính 18 đến 20 mét, bên trong rỗng, không gian không nhỏ, nhưng trước đây không ai nghĩ bên trong có thể làm gì.
Nếu khi xây trang trại gió, trực tiếp để không gian bên trong dự phòng đặt máy chủ thì sao? Không cần xây cấu trúc riêng, không cần lắp đặt cáp riêng, thiết bị cung cấp điện, cáp ngầm đáy biển, kết nối mạng của trang trại gió, vốn đã có, tương đương khi xây nhà thuận tay làm phòng máy vào trong.
Theo tư duy này tính, chi phí xây dựng tổng hợp so với đất liền giảm mấy phần mười, đây còn chưa tính giá điện, nếu điện tiêu thụ tại chỗ xa bờ có thể thương lượng xuống ba bốn hào một kWh, thì chi phí vận hành tổng thể còn có thể giảm thêm một đoạn.
Một tua-bin gió, trên quay cánh phát điện, bên trong cột dưới chạy máy chủ. Từng cây tua-bin gió rải rác trên mặt biển, mỗi cây đều là một nhà máy tính toán nhỏ, không dùng điện thị trường, không cần nước ngọt, không cần người trực. Hoàn hảo.
Nghe như khoa học viễn tưởng, nhưng logic tầng đáy mỗi bước đều đứng vững. Đi đến đây, bạn sẽ phát hiện năng lượng và tính toán hai sự nghiệp lớn, khớp vào nhau từng vòng từng mắt. Điện gió cần tiêu thụ tại chỗ để nâng cao tính kinh tế, tính toán cần điện xanh rẻ và nguồn lạnh miễn phí, hai việc vốn đi đường riêng, trên biển giao nhau rồi.
Trung Quốc làm việc này có một bản lĩnh rất lớn: điện gió trên biển. Trung Quốc có quy mô lắp đặt điện gió trên biển lớn nhất toàn cầu, chi phí phát điện thấp nhất, chuỗi cung ứng xây dựng trưởng thành nhất. Việc buộc trung tâm tính toán và điện gió trên biển lại với nhau, nếu có người có thể chạy ra trước, tỷ lệ cao là ở Trung Quốc.
Đông số Tây toán đi về phía Tây, đuổi theo than và lạnh, bây giờ có người bắt đầu đi về phía Đông, đuổi theo gió và biển. Hai con đường, giải cùng một đề: khiến tính toán dùng điện rẻ nhất, lạnh miễn phí nhất.
Bài viết này từ tài khoản WeChat "Phòng thí nghiệm chơi ngầu", tác giả: Phòng thí nghiệm chơi ngầu
