浪潮資訊M6伺服器極限效能挑戰 破解毫釐之間散熱"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；
氣流，被每秒500轉的風扇擾動；
瞬間，所有電氣元件變為摩天大樓；
極限，硬碟資料接近滿載；
此時，硬碟讀寫頭以10奈米的距離，懸浮於碟片之上……

硬碟正在經歷一項極致嚴苛的效能與可靠性測試——伺服器工作環境溫度已經超過資料中心環境溫度標準，與此同時內部一臺散熱風扇停止工作，要求伺服器仍然能正常運轉，硬碟的讀寫效能依舊線上，以保障在這類極小概率出現的業務場景中硬碟資料的安全，效能的穩定。但在極限測試中，浪潮資訊工程師發現，在對於硬碟進行接近滿載的高負荷壓力測試時，硬碟的穩定性猶如在亂風中飛舞的柳絮飄忽不定，甚至還出現了徹底報廢的極端故障。

面對資料中心資料計算量的幾何級增長，這種看似在罕見場景、極限測試才出現的故障問題，也不能輕易忽視，必須要找到"神隱"背後的問題根源。

尋找毫釐之間的玄謎！一個好訊息、一個壞訊息？

為了揭開硬碟讀寫效能下降的謎題，浪潮資訊工程師首先針對伺服器的關鍵元件進行逐一篩查，替換了不同的風扇、硬碟、內部主機板以及背部聯結器等進行對比分析，但問題依然存在。工程師又結合定量分析，改變環境溫度、調節風扇轉速等等進行了大量的實驗測試，終於發現每當風扇轉速達3萬轉/分鐘，伺服器的硬碟讀寫效能就開始下降。

基於這一發現，結構模擬、流體模擬等多個團隊協同合作，找到了問題的答案——當散熱風扇轉速達到3萬轉的極限轉速時，系統風扇進風端形成的湍流，即氣流漩渦，會存在於硬碟和風扇之間的空間，而硬碟是精密度很高的部件，對湍流訊號感知非常敏感，不規則的湍流可能會給硬碟效能帶來巨大的影響。輕則影響硬碟磁頭讀寫效能下降，嚴重則會硬碟報廢，導致資料丟失。

引起"湍流"的散熱風扇是保障伺服器計算效能和散熱的核心部件之一，但極限轉速的風扇所產生的"湍流"又會影響硬碟的效能和可靠性，浪潮資訊工程師需要尋找效能與散熱極致平衡的方法，讓計算效能、散熱、可靠性達到和諧統一。

問題雖然得已鎖定，但工程師們欣喜之下，又不得不去面對一個壞訊息——能否有效治理"湍流"是數學屆的千禧年7大難題之一。 浪潮資訊工程師要做的就是尋找破解風扇高速轉動而產生湍流效應的方法。

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"變成平穩的"層流"。在專案組百思不得其解的時候，浪潮資訊工程師在參與FAST天眼專案現場，看到天眼採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，通過對氣流進行導流，讓隨性的風走直線，破解湍流造成的硬碟效能影響。

PS ： H.Tennekes&J.L. Lumley  曾對湍流進行過評論：嘗試解決湍流問題的成功與否，強烈地取決於包括做出關鍵性假設的靈感。  湍流需要奔放的發明者，正如需要專業分析師那麼重要。

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，深圳機場六邊形的蜂窩結構的設計又給工程師帶來了靈感，六邊形蜂窩狀結構，省材料，夠堅固，通風量也最好，工程師們將其引入M6伺服器設計，進行模擬測試，設計出了波導網——鋁製六邊形蜂巢網，它能夠破解湍流，引導風流直吹，同時在厚度上不足0.2mm，確保了進風處的最大通風量，重量也僅11克左右。

 

這一結構可以將不規則的湍流切割成平穩的層流。經過高頻度模擬測試協同，浪潮資訊工程師為M6旗下每一款伺服器的波導網蜂巢單元尺寸進行了科學匹配，定製出最佳孔徑、厚度大小的波導網。與此同時，工程師還借鑑了"音樂廳"降低噪聲的方法，在波導網周圍貼附上吸音海綿，進一步降低噪音對硬碟和機箱共振的干擾。

波導網，一個小的改變，化解了硬碟極限壓力危機，然而，收穫並未就此停止，資料顯示，通過採用波導網，M6伺服器的硬碟效能提升：6%-8%；伺服器散熱效率提升：17%-22%；資料中心可節約能耗：6%-8%。

相對於計算技術的創新而言，波導網可能只能算是微創新，但往往細節決定成敗，微小的進步的累積，會引導風向，也會引動風潮。