浪潮信息NVH降噪科技 纳米级雕琢让性能翻倍

服务器系统设计面临着功耗、散热、可靠性等等多个变量,彼此之间互相掣肘。为了设计出高效、高密度的产品,如何走出这场博弈困境?

近期,浪潮信息正式发布两项服务器新技术,为其全新上市的G7算力平台提供卓越的性能、可靠性和易维护性支撑。其中,服务器NVH(Noise噪声、Viberation振动、Harshness声振粗糙度)技术,可以让服务器计算满负载时的磁盘读写性能翻倍,并且防止数据中心各类高频噪音对磁盘产生不可逆的损失,一系列的科学量化实验,真正做到了“看见声音”,为服务器科学降噪。

为什么要看见声音?

看见声音,其实是为了减少声音对我们的影响。就像很多人都有过感觉:在长时间驾驶后,我们会觉得听力减弱。这是因为发动机产生的噪音和气流产生的风噪会对人的听力产生影响。所以汽车厂商非常注重静谧性。汽车NVH技术就是为了系统优化乘车体验。

除了汽车,精密机械同样会受到噪声的损害。2016年,欧洲某数据中心火灾演习过程中,灭火器喷管发出的高频噪音,就引发了多台服务器宕机。

除了外部噪音,在服务器内部,风扇引发的噪音振动也会造成不可逆的损伤。

在服务器系统设计中,存在着计算性能、功耗、散热、风扇噪声、存储容量、磁盘密度、读写性能之间的微妙平衡。提高计算性能会增加功耗,增加功耗需要加强散热,加强散热需要提高风扇转速,一些服务器的风扇转速甚至已经提升到了34000转/分钟。但是,风扇转速的提升又会限制硬盘存储密度的提升,因为机箱内风扇产生的声压会造成硬盘内部精密部件共振,影响硬盘读写性能。

类似于汽车发动机的噪音会影响乘车舒适性,大量的高转速风扇产生的噪音高达120dB,极易造成硬盘磁头偏移,读写效率下降,引发写入错误,导致扇区失效,甚至硬盘报废,服务器宕机,造成难以估量的损失。

想要系统解决硬盘受到振动带来的性能损失问题,首先要知道硬盘在不同噪声激励下的性能损失,建立数学模型,并模拟机箱振动噪声频谱,进行预测与验证。

浪潮信息工程师为此开发了一套硬件与软件结合的测量分析系统。

拿什么来看见声音?

首先是寻找硬盘敏感噪音,通过噪声敏感实验,探索硬盘性能损失与声压强度间的数学规律。汽车行业和一些服务器厂商在噪声敏感实验中,会采用“正弦波”或者1/3倍频程进行噪声测试。但正弦波频率过窄,1/3倍频程过宽,都无法精准定位硬盘的共振频率。

而这一模拟实验成功的关键,在于找到精准模拟风扇噪音特点的频谱。为了解决这个难题,浪潮信息工程师抛弃了传统汽车行业、服务器行业的思路,基于海量风扇频谱分析,找到了最适合的噪声带宽,并且以混频、扫频的模式,更精准、灵活地模拟出多样化的噪声源,构建出业界首个硬盘噪音敏感度模型,量化出不同硬盘受到各类噪声影响后的性能表现。

机箱振动噪音实验,基于浪潮信息与Meta、微软、希捷等联合研发的“硬盘假体”,工程师采集到了上百款服务器机箱内的噪音和振动频谱,再将假体采集的频谱和硬盘敏感度模型融合匹配,这样就能够准确计算每一款服务器内部硬盘的共振频率以及由此产生的损失率。

浪潮信息的工程师像“声音雕刻师”一样,终于找到了影响声压影响硬盘读写性能的内在机理,破解了硬盘动力学玄谜。

靠什么来管住声音?

“看见声音”的“黑盒”问题被彻底打开,接下来,能够管住这些对磁盘不太“友好”的噪音才是关键。

浪潮信息工程师快速锁定了机箱内真正影响硬盘工作的噪音频谱,对服务器系统展开多维度、多层次的优化设计。

首先是优化噪声振动的源头——风扇,浪潮信息工程师通过3D仿真改进叶片形态,让风扇在同样转速下散热风量提升15%;同时减弱湍流效应,抑制扇叶内气流分离,以免产生硬盘敏感的高频噪音。

微风已然不噪,磁盘的“住房”也要进行提档升级消音改造:

工程师们又瞄上了服务器机箱,设计了40多种歌院式的消音架构,精准消除机箱内特定的高频噪音,读写性能提升26%。

此外,工程师们还改进了硬盘伺服系统,让硬盘磁头的共振摆动范围控制在单条磁轨道中心10纳米以内,保证硬盘读写性能,并且为未来24TB-30TB的大容量硬盘的动力学适配设计打下坚实基础。

系统创新的设计,能让服务器保证性能的前提下,实现更静谧运行。这只是创新中的一项探索。服务器设计是一项系统工程,浪潮信息全新G7算力平台采用开放、多元的架构设计,支持最广泛的通用处理器和加速芯片,整个系统需要经过30多个开发流程,使用150多种加工制造工艺,对280多种关键过程控制点的质量进行严格把控,以保证这一平台产品能具备高性能表现与保质量的品质。

结语

“千锤百炼,极致匠心”,在科技研发的道路上,有了工程师倔强的勇往直前,才有了服务器千锤百炼的匠心设计理念,在各种变量可能之中极力做到最好,在产品技术上不断创新引领,为各行各业用户的数字化、智能化转型,提供更强性能、更高品质、更加智能的算力,就是浪潮信息工程师们的极致浪漫。