北京2023年6月2日 -- 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。