前言

隨著云端運(yùn)算以及云端儲(chǔ)存成長(zhǎng)快速，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供貨商對(duì)于服務(wù)器的需求也隨之提高，而云端服務(wù)供貨商需要持續(xù)成立更多的數(shù)據(jù)中心，并且提供合格且數(shù)量充沛的硬件設(shè)施，來才有能力滿足用戶對(duì)于海量信息的存取需求。特別是近年來Netflix, Disney+, Spotify等各種影音串流媒體的興起，更持續(xù)地帶動(dòng)服務(wù)器本身在儲(chǔ)存空間及效能上的需求。

噪音與振動(dòng)：耗電量與散熱轉(zhuǎn)速提升的待解課題

身為服務(wù)器不可或缺的關(guān)鍵構(gòu)成，想當(dāng)然爾，使用于服務(wù)器中的CPU以及硬盤(HDD)的市場(chǎng)需求自然也有了相當(dāng)高程度的增長(zhǎng)。CPU效能的提升，對(duì)CPU本身及服務(wù)器的其他零組件帶來了更高的耗電量，此外，硬盤的容量也在近幾年有了加倍的成長(zhǎng)。

當(dāng)服務(wù)器整體耗電量提高，散熱需求也就勢(shì)必要能夠有所對(duì)應(yīng)。作為服務(wù)器散熱系統(tǒng)中的主要組件，為了提供足夠的散熱風(fēng)量，便需要更高的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速才能將累積于服務(wù)器中的熱量，送至服務(wù)器的機(jī)殼之外。可想而知的是，散熱風(fēng)扇所產(chǎn)生的振動(dòng)與噪音將會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的提升而變得越來越大，進(jìn)而影響到服務(wù)器中的其他組件。

其中硬盤就是服務(wù)器中最容易受到散熱風(fēng)扇的振動(dòng)與噪音影響的組件。

依據(jù)目前的經(jīng)驗(yàn)以及研究指出，影響硬盤效能的振動(dòng)，可能會(huì)來自以下幾種：

• 系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)的振動(dòng)。
• 硬盤與硬盤之間的互相傳導(dǎo)。
• 來自硬盤附近的其他裝置所產(chǎn)生的振動(dòng)。

其中，又以高速運(yùn)行的風(fēng)扇所產(chǎn)生的噪音與振動(dòng)對(duì)硬盤的效能影響最大。

• 目前的硬盤科技對(duì)于2kHz以下的振動(dòng)有較強(qiáng)的修正能力。
• 高速運(yùn)行的風(fēng)扇可產(chǎn)生高達(dá)20kHz的振動(dòng)。

Attenuating Acoustic Effects on HDD Performance”, OCP Global Summit, 2021

而高密度、高性能的儲(chǔ)存需求加劇了硬盤性能穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)，其中，散熱風(fēng)扇的高頻聲波振動(dòng)也將極大地影響著硬盤的性能。

當(dāng)磁盤本身盤片密度變高時(shí)，盤片之間的距離更近，讀取磁頭與盤片的距離也將更加接近，如此一來，硬盤將更容易受到服務(wù)器內(nèi)部的噪音、振動(dòng)等外界干擾的影響，并對(duì)其造成非常大的性能變化。另一方面，為因應(yīng)更高密度的機(jī)柜設(shè)計(jì)，服務(wù)器為了提升散熱效果所進(jìn)行的風(fēng)扇功率、頻率及速度上的各種強(qiáng)化，同樣也會(huì)對(duì)高密度、大容量機(jī)械硬盤帶來更多干擾。其中又以聲波產(chǎn)生的聲壓對(duì)硬盤的影響最為明顯，除了會(huì)造成硬盤的效能降低，甚至有可能對(duì)硬盤的壽命產(chǎn)生不良的影響。

也因此服務(wù)器產(chǎn)品設(shè)計(jì)的初期，我們就應(yīng)該開始考慮到如何去減少服務(wù)器中散熱風(fēng)扇的振動(dòng)與噪音對(duì)機(jī)械式硬盤的效能及壽命上可能產(chǎn)生的負(fù)面影響。

只不過，由于過去缺乏統(tǒng)一的量測(cè)工具以及量測(cè)方法，使得服務(wù)器制造商、機(jī)殼制造商與硬盤制造商之間必須經(jīng)常性地耗費(fèi)多余的時(shí)間和心力，來厘清不同制造商間，因?yàn)槭褂貌幌嗤牧繙y(cè)工具以及量測(cè)方法所帶來的誤差。而這項(xiàng)棘手難題，一直到了近幾年Open Compute Project (OCP) 基金會(huì)的成立才獲得了一定程度的緩解。

OCP除開源了包括數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器在內(nèi)的一系列硬件設(shè)計(jì)，也制定了像是數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器、儲(chǔ)存系統(tǒng)等硬件規(guī)格與建置標(biāo)準(zhǔn)。自2011年設(shè)立以來，OCP不僅開啟了全球云端數(shù)據(jù)中心開放規(guī)格發(fā)展與風(fēng)潮，同時(shí)也成為了全球通行標(biāo)準(zhǔn)。其中，針對(duì)散熱風(fēng)扇的振動(dòng)與噪音對(duì)硬盤的影響，也特別成立了OCP Storage HDD Dynamics Group，透過集結(jié)來自于各個(gè)硬盤制造商以及深諳風(fēng)扇振動(dòng)與噪音的專業(yè)人士團(tuán)隊(duì)，在經(jīng)過周延的討論與實(shí)作后，所訂出了的量測(cè)工具。

OCP Acoustical HDD Surrogate White Paper

作為專業(yè)測(cè)試驗(yàn)證與解決方案的領(lǐng)導(dǎo)品牌，百佳泰(Allion Labs)備有OCP Storage HDD Dynamics Group所建議的量測(cè)設(shè)備，更同時(shí)具備豐富的聲學(xué)以及儲(chǔ)存裝置測(cè)試經(jīng)驗(yàn)。不論是針對(duì)硬盤本體還是服務(wù)器機(jī)殼都能夠提供對(duì)應(yīng)的量測(cè)方法，并且使用專業(yè)的聆聽室 (Listening Chamber) 來排除其他環(huán)境噪音所造成的量測(cè)誤差，產(chǎn)出最正確的量測(cè)數(shù)據(jù)。

噪音振動(dòng)對(duì)硬盤的影響

透過在執(zhí)行效能測(cè)試的硬盤前方給予不同頻率與強(qiáng)度的噪音，找出硬盤對(duì)于那些噪音的頻率以及強(qiáng)度的應(yīng)對(duì)較差，提供硬盤制造商以及機(jī)殼(硬盤抽取盒)制造商設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)的參考。

輸出數(shù)據(jù)：

• 各個(gè)組合的聲壓曲線
• 各個(gè)聲壓下的硬盤效能

服務(wù)器中的散熱風(fēng)扇音量

將假體硬盤安裝于服務(wù)器的硬盤槽中，量測(cè)散熱風(fēng)扇于各種轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的噪音傳到至硬盤槽的聲量大小。提供服務(wù)器制造商于設(shè)計(jì)服務(wù)器內(nèi)部構(gòu)造時(shí)的參考。

輸出數(shù)據(jù)：

• 每一個(gè)散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)速下噪音的錄音檔
• 每一個(gè)散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)速下噪音的頻譜分析

基于上述兩項(xiàng)量測(cè)方法，我們便能找出硬盤抗噪音振動(dòng)的弱點(diǎn)，并且得出散熱風(fēng)扇于機(jī)殼中所產(chǎn)生的噪音頻率，作為優(yōu)化硬盤以及機(jī)殼抗噪音能力的重要依據(jù)。在下一篇文章中，我們將繼續(xù)為大家?guī)韺?shí)際測(cè)試中所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

百佳泰 Allion Labs | 服務(wù)器關(guān)鍵組件／裝置質(zhì)量測(cè)試

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