شانگهای و پروژه مرکز داده زیرآبی: آیا آینده کم کربن واقعی است؟

دورتادور ساحل شانگهای، یک کپسول زرد رنگ برای آزمایشی آماده می‌شود که می‌تواند نحوه نگاه ما به «مزارع سرور» را دگرگون کند. یک شرکت فناوری دریایی چینی قرار است در اواسط اکتبر ۲۰۲۵ یک پادمحفظه سرور را در زیر دریا غرق کند؛ وعده‌ای برای کاهش چشمگیر انرژی مصرفی در خنک‌سازی — و هم‌زمان پرسش‌هایی درباره مهندسی و تأثیرات زیست‌محیطی آن مطرح شده است.

چرا سرورها را به زیر دریا ببریم؟

مرکزهای داده سنتی به حجم عظیمی از تهویه مطبوع یا سیستم‌های تبخیرِ انرژی‌بر برای خنک‌سازی متکی‌اند. مزیت ساده اما قوی تأسیسات زیرآبی این است که «دریا سرد است». شرکت Highlander، سازنده تجهیزات دریاییِ پشت پروژه شانگهای، می‌گوید جریان‌های اقیانوسی می‌توانند سرورهای غوطه‌ور را بدون استفاده از چیلرهای پرمصرف روی خشکی خنک نگه دارند. «عملیات زیرآبی مزایای ذاتی دارد»، می‌گوید یانگ یه، معاون شرکت Highlander.

این شرکت ادعا می‌کند که این ساختار می‌تواند مصرف انرژی خنک‌سازی را حدود ۹۰ درصد کاهش دهد. کپسول قرار است به مشتریانی شامل China Telecom و یک شرکت محاسباتی هوش مصنوعی دولتی خدمات دهد و این پروژه بخشی از یک تلاش گسترده‌تر دولتی برای کم کردن ردپای کربنی زیرساخت‌های داده است.

مهندسی اعماق: طراحی، خوردگی و تأمین انرژی

ساخت یک مرکز داده که زیر امواج زندگی کند، چالش مهندسی کاملاً متفاوتی نسبت به ساخت روی خشکی است. Highlander کپسول را در اسکله‌ای نزدیک شانگهای به صورت ماژولی مونتاژ کرده و سپس آن را داخل یک محفظه فولادی آب‌بندی کرده‌اند. برای مقابله با خوردگی آب شور، پوشش خارجی با ترکیبی محافظ حاوی ورقه‌های شیشه‌ای و لایه‌های مقاوم پوشانده شده است. یک آسانسور محفظه غوطه‌ور را به بخشی که بالای آب می‌ماند متصل می‌کند تا تیم‌های نگهداری به سیستم‌های داخلی دسترسی داشته باشند.

از منظر انرژی، Highlander می‌گوید تقریباً تمام برق موردنیاز از مزارع بادی دریایی مجاور تأمین خواهد شد. این شرکت برآورد کرده که بیش از ۹۵٪ انرژی دستگاه از منابع تجدیدپذیر خواهد آمد؛ و پروژه‌های قبلی تحت حمایت دولتی — از جمله یک آزمایش ۲۰۲۲ در سواحل استان هاینان — یارانه‌هایی دریافت کردند تا توسعه تسریع یابد.

عایق، مانیتورینگ و تهویه داخلی

علاوه بر پوسته خارجی، طراحان باید برای مدیریت حرارت داخلی، فیلترهای ضد میکروبی و سیستم‌های گردش آب داخل کپسول برنامه‌ریزی کنند. حتی اگر آب اطراف خنک باشد، توزیع گرما در داخل محفظه و استخراج نقطه‌ایِ آن نیاز به سیستم‌های حرارتی-سردی دقیق دارد. حسگرهای دما، نمک‌سنج و سیستم‌های تشخیص نشت به‌صورت پیوسته اطلاعات را به مرکز کنترل ساحلی می‌فرستند. این پایش بی‌وقفه برای کاهش ریسک‌های عملیاتی و پیش‌بینی سرویس‌های نگهداری ضروری است.

از آزمایشگاه تا پرسش‌های تجاری

مایکروسافت یک ایده مشابه را در ۲۰۱۸ در سواحل اسکاتلند آزمایش کرد و یک پاد داده غوطه‌ور را برای بررسی بقاپذیری و خنک‌سازی مستقر نمود. آن تجربه در ۲۰۲۰ بازیابی شد و مایکروسافت آن را یک موفقیت فنی توصیف کرد، اما به یک ورود تجاری گسترده نینجامید. کارشناسان می‌گویند این نشان می‌دهد که مفهوم در مقیاس کوچک کار می‌کند، اما مقیاس‌بندی به عملیات در سطح مگاوات با چالش‌های جدیدی همراه خواهد بود.

مقیاس‌بندی: چه چیزی تغییر می‌کند؟

در مقیاس آزمایشی، یک پاد چند‌دهم مگاواتی را می‌توان نسبتاً ساده مدیریت کرد. اما وقتی صحبت از تاسیسات مگاواتی می‌شود — مراکزی که صدها یا هزاران سرور را در خود جای می‌دهند — مسائلی همچون انتشار حرارتی کلی، نیاز به کابل‌های برق سنگین، اتصالات فیبر نوری با ظرفیت بالا و دسترسی برای نگهداری مکرر مطرح می‌شود. هر یک از اینها پیچیدگی، هزینه سرمایه‌ای و ریسک عملیاتی را افزایش می‌دهد.

مزایا، ریسک‌ها و مناظره درباره پیامدها

طرفداران این ایده به چند مزیت واضح اشاره می‌کنند:

• کاهش قابل توجه مصرف انرژی خنک‌سازی و در نتیجه انتشار کربن، اگر رقم ۹۰٪ در مقیاس واقعی هم صادق باشد.
• نزدیکی به مشتریان ساحلی و کابل‌های زیردریایی که می‌تواند فاصله شبکه را کوتاه‌تر کند و تأخیر (لاتنسی) را کاهش دهد.
• ادغام با انرژی‌های تجدیدپذیر دریایی برای برقِ کم‌کربن.

اما منتقدان و پژوهشگران مستقل هشدار می‌دهند که مسیر هموار نیست. کابل‌کشی فیبر و برق با ظرفیت بالا بین بستر دریا و خشکی پیچیده و پرهزینه است. تیمی در دانشگاه فلوریدا و محققانی در ژاپن نشان داده‌اند که آب می‌تواند حملات مبتنی بر صدا یا روش‌های جدید دیگری را منتقل کند و بدین ترتیب سرورها را در معرض تهدیدات امنیتی جدید قرار دهد. و سپس مسأله‌ای کمتر مورد بحث قرار گرفته: گرما.

اندرو وانت، بوم‌شناس دریایی از دانشگاه هال، هشدار می‌دهد که حتی افزایش‌های متوسط دمای محلی آب می‌تواند رفتار گونه‌ها را تغییر دهد — برخی موجودات را جذب و برخی دیگر را دفع کند. Highlander به ارزیابی مستقل از آزمایش زهوهای ۲۰۲۰ اشاره می‌کند که نشان داد آب‌های اطراف در محدوده دمای قابل قبول باقی مانده‌اند. با این حال شائولی رِن از دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید می‌گوید اثرات حرارتی با افزایش ظرفیت افزایش می‌یابد: «برای مراکز داده در مقیاس مگاوات زیرآبی، مشکل آلودگی گرمایی نیاز به بررسی دقیق‌تری دارد.»

زیرساخت، هزینه و سیاستگذاری

پروژه‌های اولیه معمولاً به یارانه دولتی متکی بوده‌اند. Highlander برای آزمایش هاینان حدود ۴۰ میلیون یوان (تقریباً ۵.۶ میلیون دلار) دریافت کرد؛ نمونه‌ای از چگونگی نقش حمایت دولتی در تبدیل نمونه‌های اولیه به پیشنهادات تجاری. علاوه بر یارانه، محیط قانون‌گذاری درباره کابل‌کشی زیردریایی، مجوزهای زیست‌محیطی و متعاقباً مسئولیت‌های احتمالی ناشی از نشت گرما یا آلودگی زیستی باید مشخص شود.

به‌علاوه هزینه‌های نگهداری سخت‌افزار در محیط دریایی — تعویض قطعات پوسیده، بازرسی‌های دوره‌ای و مدیریت تخلیه حرارتی — باید در مدل کسب‌وکار لحاظ شود. اگر هزینه‌های افزوده شده بر صرفه‌جویی انرژی غلبه کند، جذابیت اقتصادی کاهش می‌یابد.

امنیت، پایداری و جلوه‌های عملیاتی

امنیت در دو بعد مطرح است: امنیت سایبری و امنیت فیزیکی. از لحاظ فیزیکی، سرورها ممکن است در معرض خطر برخورد کشتی‌ها، صیادان یا حتی حملات عمدی قرار گیرند؛ بنابراین محافظت فیزیکی و نظارت راداری-آکوستیکی لازم است. از منظر سایبری، انتقال داده‌ها از طریق مسیرهای فیبر زیردریایی نیاز به رمزنگاری قوی و معماری شبکه‌ای مقاوم دارد تا از حملات جدیدی که در محیط آبی ممکن است به وجود آید، جلوگیری شود.

در بعد پایداری، باید پرسید: آیا انتقال بار محاسباتی از خشکی به دریا واقعاً بار کلی زیست‌محیطی را کاهش می‌دهد؟ پاسخ به این سوال پیچیده است و نیازمند تحلیل چرخه عمر (LCA) است که ساخت، عملیات، نگهداری، و در نهایت بازیافت یا دفع سازه را در نظر بگیرد. اگر ساختارهای فولادی سنگین با پوشش‌های ضدخوردگی هزینه‌بر و آب‌بر باشند، مزایای عملیاتی ممکن است با هزینه‌های تولید و بازیافت خنثی شوند.

نمونه‌هایی از پرسش‌های عملیاتی

• چه مکانیسمی برای انتقال ترافیک شبکه در صورت قطع کابل وجود دارد؟
• چگونه تعمیرات اضطراری بدون تخلیه کامل محفظه انجام می‌شود؟
• معیارهای زیست‌محیطی برای تعیین «حد مجاز» گرم شدن آب محلی چیست؟

مرکزهای داده زیرآبی کجا در اکوسیستم جای می‌گیرند؟

کارشناسان پیشنهاد می‌کنند این تاسیسات بیشتر نقش تکمیلی خواهند داشت تا جایگزینی کامل مراکز داده سنتی. آنها می‌توانند نقش‌های خاصی ایفا کنند — خوشه‌های هوش مصنوعی ساحلی، مشتریانی با حساسیت به تأخیر، یا مراکزی گره‌خورده به انرژی‌های تجدیدپذیر دریایی — در حالی که مراکز داده روی خشکی همچنان بارهای کاری بزرگ و مقیاس‌پذیر را میزبانی می‌کنند.

تصور کنید آینده‌ای را که در آن بخشی از آموزش مدل‌های هوش مصنوعی در خارج از ساحل انجام می‌شود، با خنک‌سازی طبیعی جریان‌های اقیانوسی و تغذیه انرژی از توربین‌های بادی دریایی؛ چشم‌اندازی جذاب است، اما مقیاس‌بندی ایمن و پایدار آن نیازمند پژوهش بیشتر، پایش زیست‌محیطی قوی و مهندسی دقیق خواهد بود. فعلاً پروژه‌هایی مانند پاد شانگهای در حال اثبات امکان‌پذیری فنی هستند و همزمان معامله‌های اقتصادی و زیست‌محیطی را آزمون می‌کنند.

چرا این موضوع برای کسب‌وکارها و شهرها مهم است؟

با رشد بی‌وقفه مصرف داده و گسترش هوش مصنوعی، نیاز به مراکز داده پرظرفیت افزایش می‌یابد. دولت‌ها و شرکت‌ها به دنبال راه‌هایی برای کاهش ردپای کربنی و هزینه‌های عملیاتی‌اند. مراکز داده زیرآبی می‌توانند بخشی از راه‌حل باشند، به‌ویژه در مناطقی که دسترسی به نیروی برق تجدیدپذیر دریایی و نزدیکی به کاربران نهایی وجود دارد. اما تصمیم‌گیری درباره سرمایه‌گذاری در این فناوری نیازمند تحلیل دقیق ریسک-فایده و توجه به پیامدهای بلندمدت محیطی است.

برای امروز، پروژه شانگهای بیشتر از اینکه پاسخی قطعی بدهد، سؤالات جدیدی مطرح می‌کند: چطور می‌توانیم بین مزایای انرژی و ریسک‌های زیست‌محیطی تعادل برقرار کنیم؟ چه استانداردهای فنی و زیست‌محیطی لازم است؟ و در نهایت، آیا این راه‌حل در مقیاس گسترده می‌تواند به کاهش کلی انتشار کربن کمک کند؟ پاسخ به این پرسش‌ها مشخص خواهد کرد که آیا مراکز داده زیرآبی صرفاً یک ایده جالب هستند یا بخشی از آینده پایدارِ زیرساخت‌های دیجیتال.