浪潮信息M6服務(wù)器極限性能挑戰(zhàn) 破解毫厘之間散熱"湍流"玄謎

北京2022年6月9日 /美通社/ --

狹小，不到0.002立方米空間內(nèi)；
氣流，被每秒500轉(zhuǎn)的風(fēng)扇擾動(dòng)；
瞬間，所有電氣組件變?yōu)槟μ齑髽牵?br />極限，硬盤數(shù)據(jù)接近滿載；
此時(shí)，硬盤讀寫頭以10納米的距離，懸浮于盤片之上……

硬盤正在經(jīng)歷一項(xiàng)極致嚴(yán)苛的性能與可靠性測(cè)試——服務(wù)器工作環(huán)境溫度已經(jīng)超過數(shù)據(jù)中心環(huán)境溫度標(biāo)準(zhǔn)，與此同時(shí)內(nèi)部一臺(tái)散熱風(fēng)扇停止工作，要求服務(wù)器仍然能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，硬盤的讀寫性能依舊在線，以保障在這類極小概率出現(xiàn)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景中硬盤數(shù)據(jù)的安全，性能的穩(wěn)定。但在極限測(cè)試中，浪潮信息工程師發(fā)現(xiàn)，在對(duì)于硬盤進(jìn)行接近滿載的高負(fù)荷壓力測(cè)試時(shí)，硬盤的穩(wěn)定性猶如在亂風(fēng)中飛舞的柳絮飄忽不定，甚至還出現(xiàn)了徹底報(bào)廢的極端故障。

硬盤內(nèi)部：讀寫頭在在碟片上方“飛行” 尋找碟片磁道從而讀寫數(shù)據(jù) 飛行高度約為10納米，相當(dāng)于大型飛機(jī)沿著地面3cm的高度穩(wěn)定飛行

面對(duì)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)計(jì)算量的幾何級(jí)增長，這種看似在罕見場(chǎng)景、極限測(cè)試才出現(xiàn)的故障問題，也不能輕易忽視，必須要找到"神隱"背后的問題根源。

尋找毫厘之間的玄謎！一個(gè)好消息、一個(gè)壞消息？

為了揭開硬盤讀寫性能下降的謎題，浪潮信息工程師首先針對(duì)服務(wù)器的關(guān)鍵組件進(jìn)行逐一篩查，替換了不同的風(fēng)扇、硬盤、內(nèi)部主板以及背部連接器等進(jìn)行對(duì)比分析，但問題依然存在。工程師又結(jié)合定量分析，改變環(huán)境溫度、調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速等等進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，終于發(fā)現(xiàn)每當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速達(dá)3萬轉(zhuǎn)/分鐘，服務(wù)器的硬盤讀寫性能就開始下降。

基于這一發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)仿真、流體仿真等多個(gè)團(tuán)隊(duì)協(xié)同合作，找到了問題的答案——當(dāng)散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)速達(dá)到3萬轉(zhuǎn)的極限轉(zhuǎn)速時(shí)，系統(tǒng)風(fēng)扇進(jìn)風(fēng)端形成的湍流，即氣流漩渦，會(huì)存在于硬盤和風(fēng)扇之間的空間，而硬盤是精密度很高的部件，對(duì)湍流信號(hào)感知非常敏感，不規(guī)則的湍流可能會(huì)給硬盤性能帶來巨大的影響。輕則影響硬盤磁頭讀寫性能下降，嚴(yán)重則會(huì)硬盤報(bào)廢，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

風(fēng)扇入口因氣流受阻形成湍流

引起"湍流"的散熱風(fēng)扇是保障服務(wù)器計(jì)算性能和散熱的核心部件之一，但極限轉(zhuǎn)速的風(fēng)扇所產(chǎn)生的"湍流"又會(huì)影響硬盤的性能和可靠性，浪潮信息工程師需要尋找性能與散熱極致平衡的方法，讓計(jì)算性能、散熱、可靠性達(dá)到和諧統(tǒng)一。

問題雖然得已鎖定，但工程師們欣喜之下，又不得不去面對(duì)一個(gè)壞消息——能否有效治理"湍流"是數(shù)學(xué)屆的千禧年7大難題之一。浪潮信息工程師要做的就是尋找破解風(fēng)扇高速轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生湍流效應(yīng)的方法。

破解"湍流" 意外破"圈"帶來驚喜

想要有效的破解"湍流"，就意味著要讓雜亂的"湍流"變成平穩(wěn)的"層流"。在項(xiàng)目組百思不得其解的時(shí)候，浪潮信息工程師在參與FAST天眼項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，看到天眼采用的濾波材料突然有了靈感。工程師開始嘗試引入一種濾波材料，通過對(duì)氣流進(jìn)行導(dǎo)流，讓隨性的風(fēng)走直線，破解湍流造成的硬盤性能影響。

PS：H.Tennekes&J.L. Lumley 曾對(duì)湍流進(jìn)行過評(píng)論：嘗試解決湍流問題的成功與否，強(qiáng)烈地取決于包括做出關(guān)鍵性假設(shè)的靈感。 湍流需要奔放的發(fā)明者，正如需要專業(yè)分析師那么重要。

這一濾波材料的形狀要如何確定呢？工程師們嘗試了多種不同的形狀，效果都不理想。在一次偶然的出差中，深圳機(jī)場(chǎng)六邊形的蜂窩結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)又給工程師帶來了靈感，六邊形蜂窩狀結(jié)構(gòu)，省材料，夠堅(jiān)固，通風(fēng)量也最好，工程師們將其引入M6服務(wù)器設(shè)計(jì)，進(jìn)行仿真測(cè)試，設(shè)計(jì)出了波導(dǎo)網(wǎng)——鋁制六邊形蜂巢網(wǎng)，它能夠破解湍流，引導(dǎo)風(fēng)流直吹，同時(shí)在厚度上不足0.2mm，確保了進(jìn)風(fēng)處的最大通風(fēng)量，重量也僅11克左右。

增加波導(dǎo)網(wǎng)進(jìn)行導(dǎo)流，內(nèi)部氣流更加流暢

增加波導(dǎo)網(wǎng)進(jìn)行導(dǎo)流，內(nèi)部氣流更加流暢

這一結(jié)構(gòu)可以將不規(guī)則的湍流切割成平穩(wěn)的層流。經(jīng)過高頻度仿真測(cè)試協(xié)同，浪潮信息工程師為M6旗下每一款服務(wù)器的波導(dǎo)網(wǎng)蜂巢單元尺寸進(jìn)行了科學(xué)匹配，定制出最佳孔徑、厚度大小的波導(dǎo)網(wǎng)。與此同時(shí)，工程師還借鑒了"音樂廳"降低噪聲的方法，在波導(dǎo)網(wǎng)周圍貼附上吸音海綿，進(jìn)一步降低噪音對(duì)硬盤和機(jī)箱共振的干擾。

波導(dǎo)網(wǎng)，一個(gè)小的改變，化解了硬盤極限壓力危機(jī)，然而，收獲并未就此停止，數(shù)據(jù)顯示，通過采用波導(dǎo)網(wǎng)，M6服務(wù)器的硬盤性能提升：6%-8%；服務(wù)器散熱效率提升：17%-22%；數(shù)據(jù)中心可節(jié)約能耗：6%-8%。

相對(duì)于計(jì)算技術(shù)的創(chuàng)新而言，波導(dǎo)網(wǎng)可能只能算是微創(chuàng)新，但往往細(xì)節(jié)決定成敗，微小的進(jìn)步的累積，會(huì)引導(dǎo)風(fēng)向，也會(huì)引動(dòng)風(fēng)潮。