OCP Storage – 噪音与振动对硬盘效能的影响(上篇)

前言

随着云端运算以及云端储存成长快速，网络服务供货商对于服务器的需求也随之提高，而云端服务供货商需要持续成立更多的数据中心，并且提供合格且数量充沛的硬件设施，来才有能力满足用户对于海量信息的存取需求。特别是近年来Netflix, Disney+, Spotify等各种影音串流媒体的兴起，更持续地带动服务器本身在储存空间及效能上的需求。

噪音与振动：耗电量与散热转速提升的待解课题

身为服务器不可或缺的关键构成，想当然尔，使用于服务器中的CPU以及硬盘(HDD)的市场需求自然也有了相当高程度的增长。CPU效能的提升，对CPU本身及服务器的其他零组件带来了更高的耗电量，此外，硬盘的容量也在近几年有了加倍的成长。

当服务器整体耗电量提高，散热需求也就势必要能够有所对应。作为服务器散热系统中的主要组件，为了提供足够的散热风量，便需要更高的风扇转速才能将累积于服务器中的热量，送至服务器的机壳之外。可想而知的是，散热风扇所产生的振动与噪音将会随着转速的提升而变得越来越大，进而影响到服务器中的其他组件。

其中硬盘就是服务器中最容易受到散热风扇的振动与噪音影响的组件。

依据目前的经验以及研究指出，影响硬盘效能的振动，可能会来自以下几种：

系统运作时的振动。
硬盘与硬盘之间的互相传导。
来自硬盘附近的其他装置所产生的振动。

其中，又以高速运行的风扇所产生的噪音与振动对硬盘的效能影响最大。

目前的硬盘科技对于2kHz以下的振动有较强的修正能力。
高速运行的风扇可产生高达20kHz的振动。

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

而高密度、高性能的储存需求加剧了硬盘性能稳定性的挑战，其中，散热风扇的高频声波振动也将极大地影响着硬盘的性能。

当磁盘本身盘片密度变高时，盘片之间的距离更近，读取磁头与盘片的距离也将更加接近，如此一来，硬盘将更容易受到服务器内部的噪音、振动等外界干扰的影响，并对其造成非常大的性能变化。另一方面，为因应更高密度的机柜设计，服务器为了提升散热效果所进行的风扇功率、频率及速度上的各种强化，同样也会对高密度、大容量机械硬盘带来更多干扰。其中又以声波产生的声压对硬盘的影响最为明显，除了会造成硬盘的效能降低，甚至有可能对硬盘的寿命产生不良的影响。

也因此服务器产品设计的初期，我们就应该开始考虑到如何去减少服务器中散热风扇的振动与噪音对机械式硬盘的效能及寿命上可能产生的负面影响。

只不过，由于过去缺乏统一的量测工具以及量测方法，使得服务器制造商、机壳制造商与硬盘制造商之间必须经常性地耗费多余的时间和心力，来厘清不同制造商间，因为使用不相同的量测工具以及量测方法所带来的误差。而这项棘手难题，一直到了近几年Open Compute Project (OCP) 基金会的成立才获得了一定程度的缓解。

OCP除开源了包括数据中心、服务器在内的一系列硬件设计，也制定了像是数据中心的服务器、储存系统等硬件规格与建置标准。自2011年设立以来，OCP不仅开启了全球云端数据中心开放规格发展与风潮，同时也成为了全球通行标准。其中，针对散热风扇的振动与噪音对硬盘的影响，也特别成立了OCP Storage HDD Dynamics Group，透过集结来自于各个硬盘制造商以及深谙风扇振动与噪音的专业人士团队，在经过周延的讨论与实作后，所订出了的量测工具。

OCP Acoustical HDD Surrogate White Paper

作为专业测试验证与解决方案的领导品牌，百佳泰(Allion Labs)备有OCP Storage HDD Dynamics Group所建议的量测设备，更同时具备丰富的声学以及储存装置测试经验。不论是针对硬盘本体还是服务器机壳都能够提供对应的量测方法，并且使用专业的聆听室 (Listening Chamber) 来排除其他环境噪音所造成的量测误差，产出最正确的量测数据。

噪音振动对硬盘的影响

透过在执行效能测试的硬盘前方给予不同频率与强度的噪音，找出硬盘对于那些噪音的频率以及强度的应对较差，提供硬盘制造商以及机壳(硬盘抽取盒)制造商设计产品时的参考。