千錘百煉：浪潮信息NVH降噪黑科技 納米級雕琢讓性能翻倍

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

近期,浪潮信息正式發(fā)布兩項服務器新技術(shù),為其全新上市的G7算力平臺提供卓越的性能、可靠性和易維護性支撐。其中,服務器NVH(Noise噪聲、Viberation振動、Harshness聲振粗糙度)技術(shù),可以讓服務器計算滿負載時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磁盤產(chǎn)生不可逆的損失,一系列的科學量化實驗,真正做到了“看見聲音”,為服務器科學降噪。

為什么要看見聲音?

看見聲音,其實是為了減少聲音對我們的影響。就像很多人都有過感覺:在長時間駕駛后,我們會覺得聽力減弱。這是因為發(fā)動機產(chǎn)生的噪音和氣流產(chǎn)生的風噪會對人的聽力產(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。

除了汽車,精密機械同樣會受到噪聲的損害。2016年,歐洲某數(shù)據(jù)中心火災演習過程中,滅火器噴管發(fā)出的高頻噪音,就引發(fā)了多臺服務器宕機。

除了外部噪音,在服務器內(nèi)部,風扇引發(fā)的噪音振動也會造成不可逆的損傷。

在服務器系統(tǒng)設(shè)計中,存在著計算性能、功耗、散熱、風扇噪聲、存儲容量、磁盤密度、讀寫性能之間的微妙平衡。提高計算性能會增加功耗,增加功耗需要加強散熱,加強散熱需要提高風扇轉(zhuǎn)速,一些服務器的風扇轉(zhuǎn)速甚至已經(jīng)提升到了34000轉(zhuǎn)/分鐘。但是,風扇轉(zhuǎn)速的提升又會限制硬盤存儲密度的提升,因為機箱內(nèi)風扇產(chǎn)生的聲壓會造成硬盤內(nèi)部精密部件共振,影響硬盤讀寫性能。

類似于汽車發(fā)動機的噪音會影響乘車舒適性,大量的高轉(zhuǎn)速風扇產(chǎn)生的噪音高達120dB,極易造成硬盤磁頭偏移,讀寫效率下降,引發(fā)寫入錯誤,導致扇區(qū)失效,甚至硬盤報廢,服務器宕機,造成難以估量的損失。

想要系統(tǒng)解決硬盤受到振動帶來的性能損失問題,首先要知道硬盤在不同噪聲激勵下的性能損失,建立數(shù)學模型,并模擬機箱振動噪聲頻譜,進行預測與驗證。

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,通過噪聲敏感實驗,探索硬盤性能損失與聲壓強度間的數(shù)學規(guī)律。汽車行業(yè)和一些服務器廠商在噪聲敏感實驗中,會采用“正弦波”或者1/3倍頻程進行噪聲測試。但正弦波頻率過窄,1/3倍頻程過寬,都無法精準定位硬盤的共振頻率。

而這一模擬實驗成功的關(guān)鍵,在于找到精準模擬風扇噪音特點的頻譜。為了解決這個難題,浪潮信息工程師拋棄了傳統(tǒng)汽車行業(yè)、服務器行業(yè)的思路,基于海量風扇頻譜分析,找到了最適合的噪聲帶寬,并且以混頻、掃頻的模式,更精準、靈活地模擬出多樣化的噪聲源,構(gòu)建出業(yè)界首個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)。

機箱振動噪音實驗,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器機箱內(nèi)的噪音和振動頻譜,再將假體采集的頻譜和硬盤敏感度模型融合匹配,這樣就能夠準確計算每一款服務器內(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)在機理,破解了硬盤動力學玄謎。

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箱內(nèi)真正影響硬盤工作的噪音頻譜,對服務器系統(tǒng)展開多維度、多層次的優(yōu)化設(shè)計。

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

微風已然不噪,磁盤的“住房”也要進行提檔升級消音改造:

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

此外,工程師們還改進了硬盤伺服系統(tǒng),讓硬盤磁頭的共振擺動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的大容量硬盤的動力學適配設(shè)計打下堅實基礎(chǔ)。

系統(tǒng)創(chuàng)新的設(shè)計,能讓服務器保證性能的前提下,實現(xiàn)更靜謐運行。這只是創(chuàng)新中的一項探索。服務器設(shè)計是一項系統(tǒng)工程,浪潮信息全新G7算力平臺采用開放、多元的架構(gòu)設(shè)計,支持最廣泛的通用處理器和加速芯片,整個系統(tǒng)需要經(jīng)過30多個開發(fā)流程,使用150多種加工制造工藝,對280多種關(guān)鍵過程控制點的質(zhì)量進行嚴格把控,以保證這一平臺產(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,有了工程師倔強的勇往直前,才有了服務器千錘百煉的匠心設(shè)計理念,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。