北京2023年6月2日 -- 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“看見聲音”，為服務(wù)器科學(xué)降噪。

為什么要看見聲音?

看見聲音，其實(shí)是為了減少聲音對(duì)我們的影響。就像很多人都有過感覺：在長(zhǎng)時(shí)間駕駛后，我們會(huì)覺得聽力減弱。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)帶來的性能損失問題，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)。

拿什么來看見聲音?

首先是尋找硬盤敏感噪音，通過噪聲敏感實(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。但正弦波頻率過窄，1/3倍頻程過寬，都無法精準(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。

靠什么來管住聲音?

“看見聲音”的“黑盒”問題被徹底打開，接下來，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

“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。