服務(wù)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨著功耗、散熱、可靠性等等多個(gè)變量,彼此之間互相掣肘。為了設(shè)計(jì)出高效、高密度的產(chǎn)品,如何走出這場(chǎng)博弈困境?

近期,浪潮信息正式發(fā)布兩項(xiàng)服務(wù)器新技術(shù),為其全新上市的G7算力平臺(tái)提供卓越的性能、可靠性和易維護(hù)性支撐。其中,服務(wù)器NVH(Noise噪聲、Viberation振動(dòng)、Harshness聲振粗糙度)技術(shù),可以讓服務(wù)器計(jì)算滿負(fù)載時(shí)的磁盤讀寫性能翻倍,并且防止數(shù)據(jù)中心各類高頻噪音對(duì)磁盤產(chǎn)生不可逆的損失,一系列的科學(xué)量化實(shí)驗(yàn),真正做到了“看見(jiàn)聲音”,為服務(wù)器科學(xué)降噪。

為什么要看見(jiàn)聲音?

看見(jiàn)聲音,其實(shí)是為了減少聲音對(duì)我們的影響。就像很多人都有過(guò)感覺(jué):在長(zhǎng)時(shí)間駕駛后,我們會(huì)覺(jué)得聽力減弱。這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪音和氣流產(chǎn)生的風(fēng)噪會(huì)對(duì)人的聽力產(chǎn)生影響。所以汽車廠商非常注重靜謐性。汽車NVH技術(shù)就是為了系統(tǒng)優(yōu)化乘車體驗(yàn)。

除了汽車,精密機(jī)械同樣會(huì)受到噪聲的損害。2016年,歐洲某數(shù)據(jù)中心火災(zāi)演習(xí)過(guò)程中,滅火器噴管發(fā)出的高頻噪音,就引發(fā)了多臺(tái)服務(wù)器宕機(jī)。

除了外部噪音,在服務(wù)器內(nèi)部,風(fēng)扇引發(fā)的噪音振動(dòng)也會(huì)造成不可逆的損傷。

在服務(wù)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,存在著計(jì)算性能、功耗、散熱、風(fēng)扇噪聲、存儲(chǔ)容量、磁盤密度、讀寫性能之間的微妙平衡。提高計(jì)算性能會(huì)增加功耗,增加功耗需要加強(qiáng)散熱,加強(qiáng)散熱需要提高風(fēng)扇轉(zhuǎn)速,一些服務(wù)器的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速甚至已經(jīng)提升到了34000轉(zhuǎn)/分鐘。但是,風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的提升又會(huì)限制硬盤存儲(chǔ)密度的提升,因?yàn)闄C(jī)箱內(nèi)風(fēng)扇產(chǎn)生的聲壓會(huì)造成硬盤內(nèi)部精密部件共振,影響硬盤讀寫性能。

類似于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音會(huì)影響乘車舒適性,大量的高轉(zhuǎn)速風(fēng)扇產(chǎn)生的噪音高達(dá)120dB,極易造成硬盤磁頭偏移,讀寫效率下降,引發(fā)寫入錯(cuò)誤,導(dǎo)致扇區(qū)失效,甚至硬盤報(bào)廢,服務(wù)器宕機(jī),造成難以估量的損失。

想要系統(tǒng)解決硬盤受到振動(dòng)帶來(lái)的性能損失問(wèn)題,首先要知道硬盤在不同噪聲激勵(lì)下的性能損失,建立數(shù)學(xué)模型,并模擬機(jī)箱振動(dòng)噪聲頻譜,進(jìn)行預(yù)測(cè)與驗(yàn)證。

浪潮信息工程師為此開發(fā)了一套硬件與軟件結(jié)合的測(cè)量分析系統(tǒng)。

拿什么來(lái)看見(jiàn)聲音?

首先是尋找硬盤敏感噪音,通過(guò)噪聲敏感實(shí)驗(yàn),探索硬盤性能損失與聲壓強(qiáng)度間的數(shù)學(xué)規(guī)律。汽車行業(yè)和一些服務(wù)器廠商在噪聲敏感實(shí)驗(yàn)中,會(huì)采用“正弦波”或者1/3倍頻程進(jìn)行噪聲測(cè)試。但正弦波頻率過(guò)窄,1/3倍頻程過(guò)寬,都無(wú)法精準(zhǔn)定位硬盤的共振頻率。

而這一模擬實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵,在于找到精準(zhǔn)模擬風(fēng)扇噪音特點(diǎn)的頻譜。為了解決這個(gè)難題,浪潮信息工程師拋棄了傳統(tǒng)汽車行業(yè)、服務(wù)器行業(yè)的思路,基于海量風(fēng)扇頻譜分析,找到了最適合的噪聲帶寬,并且以混頻、掃頻的模式,更精準(zhǔn)、靈活地模擬出多樣化的噪聲源,構(gòu)建出業(yè)界首個(gè)硬盤噪音敏感度模型,量化出不同硬盤受到各類噪聲影響后的性能表現(xiàn)。

機(jī)箱振動(dòng)噪音實(shí)驗(yàn),基于浪潮信息與Meta、微軟、希捷等聯(lián)合研發(fā)的“硬盤假體”,工程師采集到了上百款服務(wù)器機(jī)箱內(nèi)的噪音和振動(dòng)頻譜,再將假體采集的頻譜和硬盤敏感度模型融合匹配,這樣就能夠準(zhǔn)確計(jì)算每一款服務(wù)器內(nèi)部硬盤的共振頻率以及由此產(chǎn)生的損失率。

浪潮信息的工程師像“聲音雕刻師”一樣,終于找到了影響聲壓影響硬盤讀寫性能的內(nèi)在機(jī)理,破解了硬盤動(dòng)力學(xué)玄謎。

靠什么來(lái)管住聲音?

“看見(jiàn)聲音”的“黑盒”問(wèn)題被徹底打開,接下來(lái),能夠管住這些對(duì)磁盤不太“友好”的噪音才是關(guān)鍵。

浪潮信息工程師快速鎖定了機(jī)箱內(nèi)真正影響硬盤工作的噪音頻譜,對(duì)服務(wù)器系統(tǒng)展開多維度、多層次的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

首先是優(yōu)化噪聲振動(dòng)的源頭——風(fēng)扇,浪潮信息工程師通過(guò)3D仿真改進(jìn)葉片形態(tài),讓風(fēng)扇在同樣轉(zhuǎn)速下散熱風(fēng)量提升15%;同時(shí)減弱湍流效應(yīng),抑制扇葉內(nèi)氣流分離,以免產(chǎn)生硬盤敏感的高頻噪音。

微風(fēng)已然不噪,磁盤的“住房”也要進(jìn)行提檔升級(jí)消音改造:

工程師們又瞄上了服務(wù)器機(jī)箱,設(shè)計(jì)了40多種歌院式的消音架構(gòu),精準(zhǔn)消除機(jī)箱內(nèi)特定的高頻噪音,讀寫性能提升26%。

此外,工程師們還改進(jìn)了硬盤伺服系統(tǒng),讓硬盤磁頭的共振擺動(dòng)范圍控制在單條磁軌道中心10納米以內(nèi),保證硬盤讀寫性能,并且為未來(lái)24TB-30TB的大容量硬盤的動(dòng)力學(xué)適配設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

系統(tǒng)創(chuàng)新的設(shè)計(jì),能讓服務(wù)器保證性能的前提下,實(shí)現(xiàn)更靜謐運(yùn)行。這只是創(chuàng)新中的一項(xiàng)探索。服務(wù)器設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,浪潮信息全新G7算力平臺(tái)采用開放、多元的架構(gòu)設(shè)計(jì),支持最廣泛的通用處理器和加速芯片,整個(gè)系統(tǒng)需要經(jīng)過(guò)30多個(gè)開發(fā)流程,使用150多種加工制造工藝,對(duì)280多種關(guān)鍵過(guò)程控制點(diǎn)的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控,以保證這一平臺(tái)產(chǎn)品能具備高性能表現(xiàn)與保質(zhì)量的品質(zhì)。

結(jié)語(yǔ)

“千錘百煉,極致匠心”,在科技研發(fā)的道路上,有了工程師倔強(qiáng)的勇往直前,才有了服務(wù)器千錘百煉的匠心設(shè)計(jì)理念,在各種變量可能之中極力做到最好,在產(chǎn)品技術(shù)上不斷創(chuàng)新引領(lǐng),為各行各業(yè)用戶的數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型,提供更強(qiáng)性能、更高品質(zhì)、更加智能的算力,就是浪潮信息工程師們的極致浪漫。