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零和博弈|散热与可靠性兼得的极限挑战：我知道风 是在哪一个方向吹( 二 )


零和博弈|散热与可靠性兼得的极限挑战：我知道风 是在哪一个方向吹
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硬盘内部结构图
御风而行的“逍遥”苦旅
庄子在《逍遥游》中有言：“夫列子御风而行 ， 泠然善也 。 旬有五日而后反 。 彼于致福者 ， 未数数然也 。 ”一场不强求结果的十五天旅行 ， 固然悠游潇洒 ， 但仅限于个人境界 ， 无关万物苍生 。
当张海龙及其背后的研发团队遭遇系统风扇与硬盘的激烈博弈 ， 想在散热和可靠性的夹缝中寻求突破时 ， 他们无法轻松自在 ， 跨度长达一年半的“御风之旅”充满艰辛 。
风冷方案历经40多年的演变 ， 主要通过三条路径实现散热优化：一是从散热器入手 ， 比如材料由铝变成铜、将翅片加大扩展散热面积、改良热管排布、利用富余空间补充远端散热等；二是提高风扇速度 ， 制约点是机电控制和马达质量 ， 主要交由几家专业的风扇厂商负责；三是在发热元件附近部署传感器 ， 类似人体的末梢神经 ， 一旦感知局部升温就快速投放冷量 ， 反馈越灵敏 ， 调控越精准 。
对服务器厂商而言 ， 风扇调控策略是其擅长的领域 ， 研发团队要做的 ， 恰是从系统风扇本体的声振性能为切入点 ， 解决散热与可靠性之间的博弈 。
从可能的振源到受振敏感元件之间的路径太多 ， 需要借助对比和定量分析法 ， 对各个因子逐一进行耦合切断 ， 主板、存储控制卡、背板连接器等都曾上过“黑名单” 。
在经历近半年的排查分析后 ， 一个“突发奇想”的行动——索性切开机箱 ， 把振动传递路径上的影响因子全部做解耦抽离 ， 迫使真正的“元凶”浮出水面 。 机箱一切两段 ， 切断了机械传动路径 ， 中间用纸板把硬盘和风扇隔开 ， 硬盘不再受风的影响 ， 同时对风扇产生的噪声也有一定遮挡 ， 硬盘读写功能逐渐攀高 。 再换不同转速的风扇及方案组合进行反复验证 ， 最终工程师找出了“气动噪声”这个“深藏不露”的重要影响因子 。
在流体力学中 ， 这个影响因子叫做：“湍流” ， 也就是济南趵突泉公园康熙题字碑的“激湍”的标准名称 。 湍流打到风扇扇叶上 ， 风回来得比较无序 ， 而且有部分声音从风扇背面传到前方 。 要把大的空气漩涡破掉 ， 最理想的方案肯定是将湍流转换成层流 ， 或者在高风压条件下把大湍流切成小湍流 。
零和博弈|散热与可靠性兼得的极限挑战：我知道风 是在哪一个方向吹
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2021年秋季清华大学《湍流概论》中湍流产生的介绍
PS：H.Tennekes&J.L. Lumley 曾对湍流进行过评论：尝试解决湍流问题的成功与否 ， 强烈地取决于包括做出关键性假设的灵感 。湍流需要奔放的发明者 ， 正如需要专业分析师那么重要 。

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