位于海南省陵水黎族自治縣的清水灣，是一個擁有碧海藍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。在不遠處的海域，重量與1000輛小汽車相當、單個罐體直徑與“天和號”空間站核心艙相當的幾個“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營以來，全球首個商用海底數據中心已平穩運行近一年，為人工智能、大數據等互聯網企業提供數據存儲和計算服務。“把數據存進海底”，這一天馬行空的想象變成現實，互聯網和數據行業與海洋科技打通，形成了全新的交叉業態。
數據中心為何由陸向海？錯綜復雜的海洋環境能否保障數據安全和穩定？“陸數海算”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據中心。
海底數據艙正在進行車間建造集成
將海洋能源轉化為海洋算力
在幾乎不消耗淡水資源的同時支持更高的功率密度
算力，就像農業時代的水利、工業時代的電力，是數字經濟的核心生產力，也是國民經濟發展的重要基礎設施。據工信部數據，目前我國算力總規模居全球第二，保持30%左右的年增長率。我國啟動國家級工程——“東數西算”，優化算力資源分布。與此同時，廣袤海洋也成為數據中心的新坐標。
“數據中心的服務器在運行過程中會散發大量熱能，通常陸地數據中心必須通過一套復雜的制冷系統使機房服務器維持在特定的溫度范圍，這需要消耗大量電能運轉空調進行熱量傳遞，并通過淡水蒸發消散熱量。而海洋作為全球最大的自然冷源，將數據中心建在海底，其優勢在于減少數據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，進而穩定地提供澎湃算力。”海蘭云海底數據中心海南示范開發項目總經理蒲定介紹，以100個海底數據艙為例，相較于同等規模的陸地傳統數據中心，海底數據中心每年能節省用電總量1.22億千瓦時、節省建設用地面積6.8萬平方米、節省淡水10.5萬噸。
工作人員正在調試艙內設備
海南作為熱帶島嶼，島內的陸地數據中心發展長期存在著能源短缺、淡水和土地資源有限、高溫高濕氣候環境、臺風高發等諸多問題，因此海底數據中心省電、省水、省土地這樣獨特的價值特征為海南島信息基礎設施可持續發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，跨境數據在支撐國際貿易活動、促進跨國科技合作、推動數據資源共享方面的作用越來越凸顯，海南自貿港封關運作后，將迎來大量的離岸數據中心需求。海底數據中心能夠為數字經濟發展提供底層支撐，助力海南自貿港“數據安全有序流動”政策落地。
縮短數據中心與用戶之間的距離，也是將數據中心放在沿海水下的重要考量。
“通過將數據中心放置在沿海城市附近的水下，數據的傳輸距離會很短，從而實現快速流暢的網絡服務。”海油工程海底數據中心示范開發項目經理張飛介紹，有些對時延要求不高的業務，比如數據存儲，可以按照國家“東數西算”政策放到西部地區的數據中心；而對于遠程手術、自動駕駛等需要數據精準同步的產業來說，1毫秒的數據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？項目團隊在海南環島海域進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，滿足海底數據中心對低溫海水的建設需要。”蒲定介紹，陵水還是中國電信國際海纜登陸站所在地，海底數據中心可利用現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據業務。
克服海洋浮力等一系列挑戰
穩扎海底的數據艙能抵抗百年一遇的臺風
海底數據中心一般由岸站、海底分電站、數據艙模塊、水下基礎組成。
一條光電復合電纜將海底數據中心跟岸上的一座白色小房子連接在一起，小房子就是海底數據中心岸站。在岸站的總控室，技術人員通過屏幕可以看到所有數據艙的內外環境和各項參數，此外還有一套數字孿生系統，時刻對海底數據艙內外進行自動巡檢。
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據線，通過光電復合電纜，一頭連接著岸站的電力和網絡系統，另外一頭的三個接口分別連接著三個不同的海底數據艙模塊，為它們傳輸電力和數據。”
在各個模塊中，海底數據艙是最主要的功能單元，用來進行數據的計算和存儲。據了解，目前每個數據艙部署了24個標準機柜，可以安放400-500臺服務器。“數據艙的服務模式主要有兩種。一種模式是我們提供海底的機柜，客戶可以把自己的服務器放到機柜里；另一種模式是我們直接提供算力服務，即為各種計算密集型任務提供強大的計算能力，例如科學計算、數據分析、人工智能訓練等。”蒲定說。
作為創新型海洋裝備，海底數據艙結構設計壽命為15年。艙內安裝大量精密的數據元件，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、工程化設計、建造到測試，都存在非常大的技術挑戰。海油工程憑借自身在海工裝備設計制造業務領域的技術優勢，負責該項目首批數據艙模塊基本設計、詳細設計、部分材料采辦、制造、測試等工作。
服務器最怕的就是水，數據中心由陸上轉移到海底，首先面臨的挑戰是艙體的密封性。“數據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，因此密封至關重要。”張飛表示，在項目實施過程中，針對不同的用途以及不同的法蘭結構，創新采用不同的密封形式，設計局部氣密試驗裝置代替整體氣密試壓，對雙O型圈密封形式的穿艙口進行氣密試驗。這樣一來，不僅確保了質量安全，還降低了工程成本，節約了項目工期。
海底數據中心一期工程最后一個數據艙模塊正在吊裝下水
此外，由于安裝作業地點為近海，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保的防海生物附著的防腐涂層，把對海洋生態環境的影響降到最低。
如何克服浮力讓數據艙沉到海底，也是一門學問。“在重和輕之間我們需要找到一個平衡點，要保證它既能順利下沉并抵抗海洋地質活動和臺風等災害，又不會因重量太大而增加后期運維成本。”張飛回憶，水下數據艙模塊中有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。經過反復試驗對比，最終通過結構管內部充水、平衡載荷調配等方式，突破了數據艙模塊水下安裝就位的技術難題，與基礎結構鎖定后可保證其能夠抵抗百年一遇的臺風。
未來計劃部署100個海底數據艙
為“東數西算”提供重要補充
去年7月，海底數據中心首艙客戶中國電信集團海南分公司聯合中國信通院，發布半年度運營報告指出，自海底數據中心啟用以來，運行良好，各項指標平穩，供配電、暖通、弱電等系統工作正常，為IT系統提供了穩定的電力和運行環境，服務器零故障，現場零運維。
在全球能源轉型和中國“雙碳”目標背景下，數據中心作為最主要的算力基礎設施，其綠色發展也成為大勢。
近年來，國家發展改革委、工信部等部門先后出臺《貫徹落實碳達峰碳中和目標要求 推動數據中心和5G等新型基礎設施綠色高質量發展實施方案》《“十四五”工業綠色發展規劃》等，鼓勵探索利用河湖、海洋等優勢資源，建設利用自然冷源散熱的數據中心，充分發揮氣候水文和地形地貌等自然條件天然優勢，因地制宜促進數據中心節能降耗。此外，海南省、廣東省、山東省等提出的海洋經濟發展“十四五”規劃，也都提出要促進海底數據中心研發及建設。
據了解，海底數據中心海南示范開發項目計劃分三期進行。第一期示范開發項目布放3套海底數據艙模塊共計7個數據艙，隨著去年年底最后一套海底數據艙模塊成功安裝并調試，一期工程全面竣工。二期規模化開發將完成30個數據艙的建設，三期計劃完成100個數據艙的建設。建成后，將為“東數西算”提供重要補充，同時向東南亞等“一帶一路”國家延伸，為海南數字經濟發展提供支撐。
一期工程最后一個數據艙模塊近景
布放海底數據中心的海域既可以包容海洋牧場、漁業網箱等生態類活動，又可以與海上風電、海上石油平臺等工業類活動互相服務，這是生態用海、集約用海的體現。如何有效地跟海上的其他經濟體實現共建共用，是海底數據中心下一步研究的方向。
“以海上風電為例，從選址、考察、基礎數據獲取，到設計、施工安裝、運營運維，風電和數據中心的開發規律有很多相似之處。比如海底電纜，海上風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設施，節約開發成本。”蒲定告訴記者，除了共建之外，海上風電可以提供大量的綠電給數據中心作清潔能源，其塔樁也可以作為數據中心的艙室，用來放置油機和備用裝備。
據記者了解，海底數據中心項目是海南省首例海域立體分層出讓項目，政府部門根據企業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業服務。蒲定表示，“數據艙跟外界沒有交互，只有一些輕微的熱交換，艙體產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，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。因此海底數據中心的上層和水面海域仍然可以用于智能網箱開展海洋牧場漁業養殖，或者部署浮式波浪能發電裝置等綜合性立體用海開發項目，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，隨著研發技術的成熟，除了海南，長三角、珠三角海域的數據中心也將逐步推廣。大海之下蘊藏的無限機遇，正向海洋新業態張開懷抱。
