北京2022年8月16日 /美通社/ -- "一只南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶，偶爾扇動(dòng)幾下翅膀，可以在兩周以后引起美國(guó)得克薩斯州的一場(chǎng)龍卷風(fēng)。" -- 這便是著名的"蝴蝶效應(yīng)"。這種現(xiàn)象不僅出現(xiàn)于自然界，在生活中、產(chǎn)品設(shè)計(jì)中都能得到驗(yàn)證，對(duì)服務(wù)器行業(yè)來(lái)說(shuō)也不例外。作為一種高精密度的產(chǎn)品，服務(wù)器中每個(gè)的部件都是一只"蝴蝶"，其中硬盤是服務(wù)器最重要的存儲(chǔ)單元，不僅要讓數(shù)據(jù)存的下，還要不斷突破讀寫性能瓶頸，以在不同場(chǎng)景中，讓服務(wù)器的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力得以最優(yōu)呈現(xiàn)。
服務(wù)器硬盤讀寫性能提升的 "三大難關(guān)"
基于大量的研發(fā)測(cè)試數(shù)據(jù)，浪潮信息服務(wù)器研發(fā)團(tuán)隊(duì)在研發(fā)過(guò)程中歸納了服務(wù)器中硬盤讀寫性能提升面臨的三大挑戰(zhàn)：
第一，大容量機(jī)械硬盤對(duì)振動(dòng)和噪聲天生敏感。隨著硬盤容量的持續(xù)攀升，磁道寬度已經(jīng)達(dá)到納米級(jí)別，硬盤的磁臂需要精確控制讀寫磁頭懸停在磁道中心，而外部的振動(dòng)和噪聲干擾都會(huì)引起內(nèi)部機(jī)械部件的共振，使磁頭位置發(fā)生偏移，導(dǎo)致其無(wú)法正常讀寫。因此大容量機(jī)械硬盤對(duì)振動(dòng)和噪聲格外敏感；
其次，內(nèi)部原生的振動(dòng)和噪音。服務(wù)器系統(tǒng)功耗持續(xù)攀升帶來(lái)的散熱壓力劇增，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速快速拉升，帶來(lái)更強(qiáng)勁風(fēng)量的同時(shí)也產(chǎn)生了更高的振動(dòng)及噪音，系統(tǒng)風(fēng)扇噪聲影響是造成硬盤讀寫性能下降（以下簡(jiǎn)稱PLV）的關(guān)鍵因素。硬盤的磁頭就像一輛跑車在非常狹窄的道路上飛馳，但是道路還在劇烈的晃動(dòng)，這就很難保持在道路的中心行駛。
第三，服務(wù)器機(jī)箱與硬盤的兼容性問(wèn)題。由于機(jī)箱和硬盤的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)是互相獨(dú)立的過(guò)程，二者之間由振動(dòng)引起的兼容性問(wèn)題需要服務(wù)器系統(tǒng)實(shí)機(jī)試驗(yàn)后才能發(fā)現(xiàn)，而問(wèn)題出現(xiàn)后往往難以補(bǔ)救。
自研測(cè)試分析平臺(tái) 為性能優(yōu)化提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)
為定位設(shè)計(jì)問(wèn)題，破解性能提升的研發(fā)技術(shù)難題，浪潮信息服務(wù)器研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)PLV問(wèn)題"黑盒子"的解析方法，開(kāi)發(fā)出一套硬件與軟件結(jié)合的測(cè)量分析系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)模型及算法。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)第一時(shí)間與國(guó)際一流的硬盤廠商合作并建立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，設(shè)計(jì)了一種硬盤單體的分頻段噪音掃頻測(cè)試方法，再將大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)抽象為一個(gè)統(tǒng)一的敏感度數(shù)學(xué)模型，精確定位到每種硬盤可兼容的噪音臨界頻譜，為PLV問(wèn)題的根因診斷提供了第一手?jǐn)?shù)值依據(jù)。
當(dāng)前浪潮信息的測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)已覆蓋市場(chǎng)上所有主流硬盤，滿足主流服務(wù)器產(chǎn)品需求的同時(shí)在面對(duì)客戶定制化需求，也能大大縮短了研發(fā)周期，保障新品的敏捷響應(yīng)速度。
在明確硬盤單體特性后，浪潮信息研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)服務(wù)器產(chǎn)品制定出一套噪音振動(dòng)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，形成噪音振動(dòng)量化平臺(tái)，配合專門設(shè)計(jì)的"硬盤假體"采集服務(wù)器機(jī)箱內(nèi)的噪音與振動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)，噪音PSD譜與硬盤噪音敏感度模型的定量匹配效果非常準(zhǔn)確，盡管機(jī)箱內(nèi)的噪音頻率成分非常復(fù)雜，但通過(guò)機(jī)理性研究和大量測(cè)試數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，找到了硬盤噪音敏感度與超限聲壓強(qiáng)度的線性回歸模型，通過(guò)浪潮專利算法模型可以準(zhǔn)確計(jì)算出硬盤內(nèi)部的共振頻率，以及這些共振導(dǎo)致的性能損失率，至此，PLV問(wèn)題的"黑盒子"已開(kāi)啟，硬盤的性能損失率在頻率域展開(kāi)后，可以明確識(shí)別到影響硬盤性能的噪音頻率成分。
硬盤的性能損失率在頻率域展開(kāi)
經(jīng)過(guò)噪音頻譜診斷之后，便到了最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，如何將研發(fā)成果轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品應(yīng)用，并最終為客戶帶來(lái)收益，這才是浪潮信息研發(fā)工程師的"初心"。"從小見(jiàn)大"浪潮信息工程師開(kāi)啟了服務(wù)器內(nèi)部?jī)?yōu)化的探索，首先是服務(wù)器中"噪音和振動(dòng)"的源頭 -- 風(fēng)扇，研發(fā)工程師發(fā)現(xiàn)扇葉的3D形態(tài)、氣體的流速都會(huì)從根本上影響噪音的頻率成分，所以要降低振動(dòng)就要從風(fēng)扇本身先著手，通過(guò)上百次的選型測(cè)驗(yàn)，浪潮信息M6系列服務(wù)器采用改進(jìn)選型后的風(fēng)扇，硬盤性能達(dá)到17%的提升。
突破源頭本身后，第二步便是運(yùn)用設(shè)計(jì)優(yōu)化，進(jìn)一步提高性能。針對(duì)于固有架構(gòu)的通用服務(wù)器產(chǎn)品，因受到空間限制，除了通過(guò)風(fēng)扇選型解決的振動(dòng)難題，浪潮研發(fā)團(tuán)隊(duì)再次通過(guò)不斷探索實(shí)踐找到了一條新路子，將機(jī)箱內(nèi)安裝的吸音材料特性發(fā)揮到極致。
不同的材質(zhì)、不同的形態(tài)、不同的安裝位置、不同的截面都會(huì)有不同的效果，尺寸、材料、位置均影響插入損失，每一種設(shè)計(jì)都有其獨(dú)特的頻率屬性。浪潮信息工程師在頻率域內(nèi)定位出引發(fā)硬盤共振的噪音成分后，從3000多種設(shè)計(jì)中篩選出插入損失最匹配的吸音棉樣本，精準(zhǔn)調(diào)整噪音頻譜，猶如雕刻師一般對(duì)聲音精雕細(xì)琢。如此精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)在保障成本的同時(shí)使噪音的能量降低了一半以上（降低4dB），硬盤的IOPS性能提高了50%，有效應(yīng)對(duì)小文件隨機(jī)讀寫頻繁的應(yīng)用場(chǎng)景。
同時(shí)，浪潮信息工程師也在從整體布局上考量如何減振降噪。以往業(yè)內(nèi)的通用服務(wù)器內(nèi)部風(fēng)扇緊隨硬盤，但硬盤自身的振動(dòng)和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速提高帶來(lái)的振動(dòng)，對(duì)硬盤的損傷極大，導(dǎo)致故障發(fā)生，兩者疊加帶來(lái)的影響更是明顯。如果將風(fēng)扇遠(yuǎn)離硬盤，對(duì)系統(tǒng)會(huì)有什么影響？
浪潮M6系列整機(jī)柜服務(wù)器就采用了這樣的結(jié)構(gòu)，將風(fēng)扇移至機(jī)柜的最后部，拉遠(yuǎn)與硬盤的距離，而和機(jī)柜柜體形成了一個(gè)整體。相比風(fēng)扇，機(jī)柜的體量巨大，兩者的振動(dòng)疊加實(shí)際上起到了"削峰填谷"的功效。此振動(dòng)再傳到硬盤之時(shí)，就已經(jīng)有了大幅降低。如此設(shè)計(jì)的效果明顯，相比傳統(tǒng)的服務(wù)器結(jié)構(gòu)，硬盤故障率下降了將近一個(gè)數(shù)量級(jí)。
就像所說(shuō)的"蝴蝶效應(yīng)"一樣，浪潮服務(wù)器產(chǎn)品的每一處的細(xì)節(jié)都在追求突破和創(chuàng)新，比如：在硬件層面，浪潮M6服務(wù)器通過(guò)動(dòng)態(tài)Power Capping技術(shù)，過(guò)載實(shí)時(shí)響應(yīng)措施確保系統(tǒng)供電安全；固件層面，浪潮M6服務(wù)器依靠ROM芯片冗余技術(shù)可為BIOS、BMC等固件提供"雙芯雙待"鏡像備份的底層安全保護(hù)，采用FPGA作為平臺(tái)信任根，可實(shí)時(shí)監(jiān)控度量服務(wù)器整機(jī)底層安全性，全方位保障固件安全可靠；系統(tǒng)層面，M6服務(wù)器以零故障、免宕機(jī)和無(wú)風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)制定系統(tǒng)安全可靠設(shè)計(jì)策略等等。
研發(fā)的工作是反復(fù)而精細(xì)的，但浪潮信息的研發(fā)團(tuán)隊(duì)一直秉承著精益、極致的設(shè)計(jì)理念，讓浪潮信息打造了服務(wù)器的爆品，創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，優(yōu)異的性能，設(shè)計(jì)指導(dǎo)生產(chǎn)，生產(chǎn)滿足設(shè)計(jì)。
浪潮信息，開(kāi)放計(jì)算踐行者
浪潮信息研發(fā)團(tuán)隊(duì)的研究成果讓客戶在使用浪潮服務(wù)器時(shí)得到了良好的收益，而浪潮信息作為全球的服務(wù)器領(lǐng)先廠商和開(kāi)放計(jì)算的踐行者，已作為主要廠商參與到了OCP-Storage-HDD Dynamics 工作組進(jìn)行技術(shù)研討。該工作組由來(lái)自全球的存儲(chǔ)和服務(wù)器頭部廠商組成，從2020年開(kāi)始發(fā)起關(guān)于"如何實(shí)現(xiàn)硬盤與服務(wù)器機(jī)箱長(zhǎng)久持續(xù)的兼容性"的討論，浪潮信息基于自有的研究成果和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，積極參與其中，制定國(guó)際行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為行業(yè)的發(fā)展不遺余力。
目前該工作組已聯(lián)合發(fā)布了硬盤振動(dòng)噪音量化測(cè)試白皮書，實(shí)現(xiàn)技術(shù)語(yǔ)言與測(cè)量工具的標(biāo)準(zhǔn)化，為產(chǎn)業(yè)上下游各類伙伴交流提供便捷。
