ดับร้อน-เซฟน้ำจืด เจาะที่มา "ดาตาเซนเตอร์ใต้น้ำ" ทางรอดยุค AI ใหม่ใต้มหาสมุทร

รู้จัก "ดาตาเซนเตอร์ใต้ทะเล" นวัตกรรมที่เปลี่ยนน้ำทะเลให้กลายเป็นตู้เย็นธรรมชาติดับความร้อนของชิป AI แก้ปัญหาการกินไฟและแย่งน้ำจืดบนบก ย้อนรอยจากยุคบุกเบิกของ Microsoft เหตุผลที่ส่งไม้ต่อให้จีนก้าวสู่ตลาดเชิงพาณิชย์

ทุกครั้งที่เราไถโทรศัพท์มือถือ ดูคลิปวิดีโอออนไลน์ ส่งข้อความ หรือสั่งงาน AI ให้เจนข้อมูลต่าง ๆ ข้อมูลทั้งหมดไม่ได้ลอยอยู่ในอากาศ แต่ถูกส่งไปประมวลผลและจัดเก็บไว้ในคอมพิวเตอร์เซิร์ฟเวอร์นับพันนับหมื่นเครื่อง ที่ตั้งเรียงรายอยู่ในอาคารขนาดใหญ่บนบก ที่เรียกว่า Data Center (ดาตาเซนเตอร์) นั่นเอง

และเมื่อโลกเข้าสู่ยุคที่ทุกคนหันมาใช้งาน AI ชิปประมวลผลจึงต้องทำงานหนักขึ้นหลายเท่าตัว เปรียบเสมือนเราเปิดคอมพิวเตอร์เล่นเกมกราฟิกหนัก ๆ ตลอด 24 ชั่วโมง ตัวเครื่องจะแผ่ความร้อนสะสมออกมามหาศาล

ความร้อนที่เกิดขึ้นนี้เอง ได้กลายเป็นโจทย์ใหญ่ระดับโลก เพราะดาตาเซนเตอร์บนบกแบบเดิมต้องเผชิญกับปัญหาหนัก 3 ด้านด้วยกัน

เรื่องแรกคือ เรื่องการกินพลังงานไฟฟ้ามหาศาล ที่ต้องใช้พลังงานไฟฟ้าสูงถึงร้อยละ 30-40 ของไฟทั้งหมดที่ใช้ในอาคาร เพื่อเปิดเครื่องปรับอากาศขนาดใหญ่ พัดลม และระบบชิลเลอร์ เพื่อคอยเป่าไม่ให้เครื่องคอมพิวเตอร์ร้อนจนพัง

เรื่องที่ 2 คือ การสูญเสียทรัพยากรน้ำจืด เพราะระบบระบายความร้อนบนบกต้องดึงน้ำจืดสะอาด วันละหลายล้านลิตรมาช่วยระเหยความร้อน จนในหลายพื้นที่เริ่มเกิดปัญหาแย่งน้ำใช้กับชุมชนและภาคการเกษตร

และเรื่องที่ 3 คือ สภาพแวดล้อมบนบกที่มีทั้งออกซิเจน ความชื้น ฝุ่นละออง รวมถึงแรงสั่นสะเทือนจากการเดินเข้าออกของมนุษย์ สิ่งเหล่านี้คอยเร่งให้แผงวงจรอิเล็กทรอนิกส์เกิดสนิมและการกัดกร่อน ทำให้อุปกรณ์คอมพิวเตอร์มีอัตราการชำรุดเสียหายได้

ภาพประกอบข่าว

จากปัญหาเหล่านี้ ในปี พ.ศ.2557 บริษัท ไมโครซอฟต์ (Microsoft) ยักษ์ใหญ่ด้านเทคโนโลยีของสหรัฐฯ จึงคิดนอกกรอบด้วยการริเริ่มโครงการวิจัยชื่อ "Project Natick" ด้วยแนวคิดที่ว่า

หากบนบกร้อนและต้องเปลืองแอร์ เปลืองน้ำ ทำไมเราไม่เอาคอมพิวเตอร์ใส่แคปซูลปิดผนึก แล้วหย่อนลงไปแช่ในน้ำทะเลลึกที่มีความเย็นตามธรรมชาติตลอดเวลาล่ะ ?

จากนั้น ไมโครซอฟต์จึงเริ่มต้นทดลองระยะที่ 1 ในปี พ.ศ.2558 ด้วยการนำแคปซูลต้นแบบขนาดเล็ก "Leona Philpot" ไปหย่อนไว้ใต้ทะเลนอกชายฝั่งรัฐแคลิฟอร์เนียที่ความลึก 9 เมตร เป็นเวลา 105 วัน ซึ่งผลการทดลองเบื้องต้นยืนยันว่า การระบายความร้อนผ่านเปลือกโลหะไปยังน้ำทะเล สามารถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสามารถรักษาความแห้งภายในตัวถังได้อย่างสมบูรณ์

ต่อมาในปี พ.ศ.2561 จึงเริ่มทดลองจริงในระยะที่ 2 โดยการสร้างแคปซูลเหล็กหนาขนาดเท่าตู้คอนเทนเนอร์ยาว 12 เมตร บรรจุเซิร์ฟเวอร์คอมพิวเตอร์ไว้ข้างใน 864 เครื่อง คิดเป็นความจุข้อมูล 27.6 เพทาไบต์ แล้วนำไปวางไว้ที่ก้นทะเลลึก 35 เมตร นอกชายฝั่งหมู่เกาะออร์กนีย์ ประเทศสกอตแลนด์ ซึ่งเป็นพื้นที่ที่มีน้ำทะเลเย็นจัดตลอดทั้งปี และใช้พลังงานไฟฟ้าสะอาดจากกังหันลมและคลื่นทะเลบนเกาะ

ภายในแคปซูลจะดูดอากาศออกจนหมดแล้วอัด "ก๊าซไนโตรเจนบริสุทธิ์แบบแห้ง" เข้าไปแทนที่ก๊าซออกซิเจนซึ่งเป็นต้นเหตุของการเกิดสนิม และกำจัดความชื้น

เมื่อเปิดระบบ น้ำทะเลที่เย็นจัดจากภายนอก จะช่วยดึงความร้อนออกจากแคปซูลผ่านระบบแลกเปลี่ยนความร้อนอย่างต่อเนื่อง โดยไม่ต้องใช้เครื่องปรับอากาศ

หลังจากทิ้งไว้ใต้ทะเลลึกนานกว่า 2 ปีโดยไม่มีมนุษย์ลงไปยุ่งเกี่ยว ปี พ.ศ.2563 ไมโครซอฟต์ก็กู้แคปซูลขึ้นมาบนบก และพบผลการทดลองทางวิทยาศาสตร์ที่น่าทึ่งว่า เซิร์ฟเวอร์ที่อยู่ใต้น้ำมีอัตราการพังเสียหายต่ำกว่าเซิร์ฟเวอร์บนบกถึง 8 เท่า

เนื่องจากสภาพแวดล้อมใต้ทะเลมีความนิ่งสนิท ไร้แรงสั่นสะเทือน ปราศจากการรบกวนของมนุษย์ และการไม่มีออกซิเจนกับความชื้น จึงช่วยยืดอายุการใช้งานของแผงวงจรได้อย่างมีนัยสำคัญ อีกทั้งค่าประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (Power Usage Effectiveness: PUE) ยังลดลงเหลือเพียง 1.07 ซึ่งใกล้เคียงระดับอุดมคติ และตัดการใช้น้ำจืดในระบบทำความเย็นลงได้ร้อยละ 100 ถือเป็นการพิสูจน์ว่าแนวคิด ดาตาเซนเตอร์ใต้ทะเล มีความเป็นไปได้ทั้งในเชิงวิศวกรรมและสิ่งแวดล้อม

ภาพประกอบข่าว

"จีน" พัฒนาไอเดีย หย่อนดาตาเซนเตอร์ลงทะเลไห่หนาน

แม้ว่าผลการทดลองของ Project Natick ของไมโครซอฟต์จะประสบความสำเร็จอย่างงดงาม แต่ยักษ์ใหญ่เทคฯ กลับตัดสินใจปิดฉากโครงการ และไม่เดินหน้าสร้างศูนย์ข้อมูลใต้ทะเลในเชิงพาณิชย์

ไมโครซอฟต์มองว่า Project Natick ทำหน้าที่เป็นโครงการวิจัยและพัฒนา (R&D) เพื่อพิสูจน์แนวคิดทางวิทยาศาสตร์สำเร็จเรียบร้อยแล้ว แต่ในทางปฏิบัติเชิงธุรกิจ การที่บริษัทซอฟต์แวร์จะลงทุนสร้างโครงสร้างพื้นฐานทางทะเลเต็มตัวนั้น ต้องเผชิญกับแรงกดดันเรื่องผลกำไรจากผู้ถือหุ้น อีกทั้งค่าใช้จ่ายในการเช่าเรือเครน และทีมนักประดาน้ำเพื่อกู้คืนอุปกรณ์มีราคาสูงเกินไป

เมื่อไมโครซอฟต์วางมือ ต่อมาในปี พ.ศ.2564 "จีน" จึงหยิบเอาแนวคิดนี้ขึ้นมาทำต่อ และไม่ถือว่าเป็นการละเมิดลิขสิทธิ์ หรือก๊อปปี้ไอเดียของไมโครซอฟต์แต่อย่างใด ในทางกฎหมายทรัพย์สินทางปัญญาระดับสากล "แนวคิดทางวิทยาศาสตร์" เช่นเรื่องการนำคอมพิวเตอร์ไปจมน้ำทะเล เพื่ออาศัยความเย็นธรรมชาติแบบนี้ ถือเป็นหลักการพื้นฐานที่ใครก็สามารถนำไปคิดค้นต่อยอดได้ ไม่สามารถจดสิทธิบัตรผูกขาดแนวคิดได้

เหตุผลที่จีนสามารถผลักดันศูนย์ข้อมูลใต้ทะเลสู่ "เชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่" ได้สำเร็จ เพราะจีนขับเคลื่อนด้วยนโยบายระดับชาติ รัฐบาลจีนมองว่าดาตาเซนเตอร์ใต้ทะเล หรือ Underwater Data Center - UDC เป็นโครงสร้างพื้นฐานทางยุทธศาสตร์ จึงดึงเอาจุดแข็งของประเทศมารวมกัน ทั้งการสนับสนุนเงินทุนจากภาครัฐ ความพร้อมของอุตสาหกรรมต่อเรือขนาดใหญ่ วิศวกรรมนอกชายฝั่ง

ทำให้ในเดือน ธ.ค.2566 จีนจึงสามารถเปิดตัวดาตาเซนเตอร์ใต้ทะเลเชิงพาณิชย์แห่งแรกของโลก นอกชายฝั่งอำเภอหลิงสุ่ย มณฑลไห่หนาน ได้สำเร็จเป็นรายแรกของโลก

ตัวโมดูลใต้ทะเลของจีนที่ไห่หนานมีน้ำหนักถึง 1,300 ตัน จมอยู่ที่ความลึก 35 เมตร มีกำลังประมวลผลเทียบเท่าคอมพิวเตอร์ทั่วไป 60,000 เครื่อง และออกแบบให้ใช้งานได้นาน 25 ปี เปิดให้บริการเชิงพาณิชย์แก่ลูกค้าระดับองค์กร และรัฐวิสาหกิจโทรคมนาคม เช่น ไชน่า เทเลคอม (China Telecom) และ เทนเซ็นต์ (Tencent)

ปัจจุบันโครงสร้างพื้นฐานดิจิทัลของจีนแบ่งเป็น 2 ส่วนชัดเจน คือ

บนบก ยังคงมีศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ในแถบภูเขาทางตะวันตก กุ้ยโจว มองโกเลียใน เพื่ออาศัยสภาพอากาศหนาวเย็นตามธรรมชาติเป็นตัวควบคุมอุณหภูมิ

ในทะเล จีนกำลังเดินหน้าสร้างคลัสเตอร์โมดูลใต้ทะเลเพิ่มอีกกว่า 100 ยูนิต รอบเกาะไห่หนานและนครเซี่ยงไฮ้ ซึ่งเชื่อมต่อรับพลังงานสะอาดโดยตรงจากฟาร์มกังหันลมกลางทะเล ช่วยประหยัดพื้นที่ดินบนบกได้ถึง 68,000 ตร.ม. ประหยัดน้ำจืดได้ปีละกว่า 105,000 ตัน และประหยัดพลังงานไฟฟ้าได้ 122 ล้านกิโลวัตต์-ชั่วโมง/ปี

จากโมเดลจมน้ำสู่แพลตฟอร์มลอยน้ำ

กระแสการขยายโครงสร้างพื้นฐานดิจิทัลสู่ท้องทะเล ไม่ได้จำกัดอยู่เพียงแค่ประเทศจีนเท่านั้น แต่กำลังได้รับความสนใจจากนานาประเทศทั่วโลก โดยสามารถแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มเทคโนโลยีหลักตามความเหมาะสมของสภาพภูมิศาสตร์และต้นทุน

1.กลุ่มดาตาเซนเตอร์ใต้ทะเลลึก (Submerged Underwater Data Center)

• สหรัฐอเมริกา สตาร์ตอัปอย่าง Subsea Cloud และ DeepGreen Western Passage ยื่นข้อเสนอสร้างศูนย์ข้อมูล AI ใต้น้ำบริเวณอ่าว Fundy ในรัฐเมน โดยออกแบบให้ใช้พลังงานสะอาดจากกังหันกระแสน้ำขึ้น-น้ำลง

• เกาหลีใต้ เมืองอุลซัน (Ulsan) ร่วมมือกับสถาบันวิจัยทางทะเลพัฒนาโครงการ UDC ขนาดใหญ่ที่สามารถติดตั้งเซิร์ฟเวอร์ได้มากกว่า 100,000 เครื่อง เพื่อลดการใช้พลังงานในระบบปรับอากาศลงร้อยละ 30

2.กลุ่มดาตาเซนเตอร์แบบลอยน้ำ (Floating Data Center)

• สิงคโปร์ บริษัทโครงสร้างพื้นฐาน Keppel อยู่ระหว่างการก่อสร้างดาตาเซนเตอร์แบบลอยน้ำความสูง 4 ชั้น บริเวณท่าเรือ โดยใช้น้ำทะเลรอบข้างมาช่วยระบายความร้อนเพื่อลดการใช้ไฟฟ้าและพื้นที่ที่มีอยู่อย่างจำกัด

• ญี่ปุ่น กำลังศึกษาความเป็นไปได้ในพื้นที่อ่าวโยโกฮามะ และผสานการทำงานร่วมกับแผงโซลาร์เซลล์ลอยน้ำความท้าทาย-ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมทางทะเล

ภาพประกอบข่าว

จุดเด่นและข้อได้เปรียบ

• ประหยัดพลังงาน เพราะใช้น้ำทะเลตามธรรมชาติมาระบายความร้อน ทำให้แทบไม่ต้องเปลืองค่าไฟไปกับระบบแอร์
• ตัดการใช้น้ำจืดลงได้อย่างสิ้นเชิง 100% ทำให้ไม่ไปแย่งน้ำใช้ของประชาชน
• ความเสถียรของเครื่องคอมพิวเตอร์ การบรรจุก๊าซไนโตรเจนแห้งช่วยตัดความชื้นและออกซิเจน ทำให้ไม่มีการเกิดสนิม ลดอัตราการชำรุดของเซิร์ฟเวอร์ลงได้ถึง 8 เท่า
• ตัวแคปซูลบรรจุชิป สามารถสร้างและประกอบเสร็จจากโรงงาน พร้อมยกไปวางใต้น้ำได้ภายในเวลาไม่เกิน 90 วัน เร็วกว่าการสร้างตึกบนบกที่ใช้เวลานาน 1-2 ปี
• ความเร็วในการส่งข้อมูล ประชากรโลกร้อยละ 40 อาศัยอยู่ภายในรัศมี 200 กิโลเมตรจากชายฝั่ง การตั้ง UDC นอกชายฝั่งจึงช่วยให้การส่งผ่านข้อมูลสู่ผู้ใช้งานในเมืองใหญ่มีความรวดเร็วสูง

ความท้าทายที่มองข้ามไม่ได้

• ข้อจำกัดด้านการซ่อมบำรุง หากมีแผงวงจรหรือแรมตัวใดตัวหนึ่งพัง ช่างจะไม่สามารถเดินไปถอดหรือเปลี่ยนที่ละชิ้นได้เหมือนดาตาเซนเตอร์บนบก ต้องให้ระบบคอมพิวเตอร์เครื่องอื่นทำงานแทน
• ค่าใช้จ่ายสูง เมื่อรอบวงรอบการเช็กอุปกรณ์ หรือ หากเครื่องเสียอย่างหนัก ต้องจ้างเรือเครนยานสำรวจใต้น้ำ หรือนักประดาน้ำ
• ต้นทุนการผลิตที่แพงมาก เพราะตัวถังต้องใช้เหล็กและโลหะผสมชนิดพิเศษที่ทนต่อแรงดันน้ำลึก และการกัดกร่อนของน้ำเค็มได้นับสิบปี รวมถึงสายเคเบิลใต้ทะเลที่มีราคาสูง
• ปัญหาเรื่องเพรียงทะเล สาหร่าย และหอยที่จะเข้ามาเกาะสะสมตามเปลือกนอกของตัวถัง สิ่งมีชีวิตเหล่านี้จะกลายเป็นฉนวนกันความร้อน ทำให้เครื่องถ่ายเทความร้อนได้ลดลง
• ความเสี่ยงด้านความปลอดภัย เช่น โดนสมอเรือใหญ่เกี่ยว โดนอวนลากประมง รวมถึงความซับซ้อนในการขอสัมปทานพื้นที่ทางทะเลตามกฎหมายระหว่างประเทศ

ภาพประกอบข่าว

ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมทางทะเล

ผลการเก็บข้อมูลทั้งจากไมโครซอฟต์และโครงการในจีน ได้ข้อสรุปที่ตรงกันว่า

1. อุณหภูมิน้ำทะเล ความร้อนที่ระบายออกจากแคปซูลดาตาเซนเตอร์ ทำให้อุณหภูมิน้ำรอบตัวถังสูงขึ้นเพียง 1–2 องศาเซลเซียสในระยะไม่กี่มิลลิเมตร และกระจายตัวหายไปอย่างรวดเร็วเนื่องจากมวลน้ำในมหาสมุทรมีขนาดใหญ่มาก จึงไม่ส่งผลกระทบต่ออุณหภูมิเฉลี่ยของน้ำทะเลในภาพรวม
2. มลพิษทางเสียง ระดับเสียงจากการทำงานของเซิร์ฟเวอร์ ถูกกักไว้ภายในโครงสร้างเหล็กหนาและชั้นน้ำลึก โดยมีระดับเสียงที่เบากว่าเสียงเครื่องยนต์ของเรือพาณิชย์ จึงไม่รบกวนระบบคลื่นโซนาร์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในทะเล
3. ผลกระทบเชิงบวกต่อสัตว์น้ำ ตัวโครงสร้างภายนอกที่จมอยู่ใต้ทะเลทำหน้าที่เสมือน "แนวปะการังเทียม" (Artificial Reef) ที่ดึงดูดให้สัตว์น้ำ ปู ปลา และพืชทะเลเข้ามาอยู่อาศัยและสร้างระบบนิเวศขนาดย่อมรอบตัวถัง

ที่มา : Project Natick, chinadaily, theguardian, Fortune,brightlio,reccessary

อ่านข่าว :

ครั้งแรก AOT 3 ชาติ ลงพื้นที่ฐานสแกมเมอร์ชายแดนโอร์เสม็ด

"ภูเขาไฟ" ในอินโดนีเซีย ปะทุบ่อยแค่ไหน ?

“ภราดร” แจงงบกลางเพื่อแก้วิกฤตพลังงาน 1.2 หมื่นล้าน ไม่ซ้ำซ้อน พ.ร.ก.กู้เงิน 4 แสนล้าน