數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代，數(shù)據(jù)具有基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源和關(guān)鍵性生產(chǎn)要素的雙重屬性，一方面，有價值的數(shù)據(jù)資源是催生和推動數(shù)字經(jīng)濟(jì)新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式發(fā)展的基礎(chǔ)；另一方面，數(shù)據(jù)對其他生產(chǎn)要素具有乘數(shù)作用，可以利用數(shù)據(jù)實現(xiàn)供給與需求的精準(zhǔn)對接、創(chuàng)新價值鏈流轉(zhuǎn)方式，放大勞動力、資本等要素在社會各行業(yè)中的價值。數(shù)字經(jīng)濟(jì)規(guī)模高速增長，數(shù)據(jù)量將迎來進(jìn)一步爆發(fā)，IDC預(yù)測2025年全球數(shù)據(jù)量高達(dá)175ZB，數(shù)據(jù)存儲的可靠與可用成為了數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)時代的新挑戰(zhàn)。

為數(shù)據(jù)選擇合適的介質(zhì)

存儲介質(zhì)作為數(shù)據(jù)存儲的基礎(chǔ)載體，并不是越貴越先進(jìn)越好，而是根據(jù)應(yīng)用環(huán)境，合理選擇存儲介質(zhì)，才能保存好數(shù)據(jù)。目前常見的存儲介質(zhì)有：機(jī)械硬盤、固體硬盤、可記錄光盤、閃存卡、磁帶庫等。在為數(shù)據(jù)選擇存儲介質(zhì)時，要根據(jù)具體的應(yīng)用特點、性能等需求，并要考慮成本等因素。

固態(tài)硬盤作為新興的介質(zhì)，雖起步較晚，但憑借性能優(yōu)勢，出貨量占比的持續(xù)增長，價格持續(xù)優(yōu)化，市場競爭力也在進(jìn)一步提高，成為了企業(yè)核心應(yīng)用數(shù)據(jù)存儲的重要選擇之一；但在大數(shù)據(jù)時代下，視頻、音頻、圖片等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長，考慮機(jī)械硬盤在保障企業(yè)數(shù)據(jù)生命周期上擁有過硬的壽命，也有存儲容量與成本價格上的綜合優(yōu)勢，機(jī)械硬盤目前仍是海量非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)選擇最廣的存儲介質(zhì)。

為了提升這些需要存儲在機(jī)械硬盤上數(shù)據(jù)的可靠可用，浪潮存儲進(jìn)行了關(guān)于硬盤與存儲系統(tǒng)一系列的優(yōu)化。

頭盤界面影響機(jī)械硬盤可靠性的主要因素

機(jī)械硬盤是一個涵蓋電氣、電子、磁學(xué)和機(jī)械領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)，由磁頭、磁盤、主軸電機(jī)等零部件組成。

機(jī)械硬盤結(jié)構(gòu)示意圖△

磁頭、磁盤和空氣軸承共同構(gòu)成了硬盤頭盤界面（ Head Disk Interface, HDI），作為硬盤執(zhí)行讀寫數(shù)據(jù)的工作環(huán)境，其實時狀態(tài)的好壞決定了硬盤能否正常為用戶提供服務(wù)。

頭盤空間和飛行高度不僅影響信號的強(qiáng)度和分辨率，而且與硬盤的磁存儲密度有著密切關(guān)系，隨著磁存儲密度的提高，頭盤空間和飛行高度也相應(yīng)地減小， 如今通過TFC（Thermal Fly-height Control Technology, 熱飛高控制技術(shù)）已經(jīng)能將頭盤空間控制在1nm 左右，在極小空間，磁頭磁盤難免會發(fā)生碰撞接觸。

機(jī)械硬盤由于具有結(jié)構(gòu)精密、復(fù)雜性高、耦合性強(qiáng)及抗沖擊能力弱等特點，擁有多種潛在故障模式與機(jī)理，研究硬盤故障模式、原因、機(jī)理與可靠性試驗已成為提高機(jī)械硬盤可靠性、保障存儲系統(tǒng)穩(wěn)定、數(shù)據(jù)安全的重要基礎(chǔ)。

頭盤界面結(jié)構(gòu)示意圖△

經(jīng)過近十年的研究，硬盤頭盤界面相關(guān)研究逐漸成為硬盤故障機(jī)理研究的熱點方向，各硬盤廠商和國內(nèi)外學(xué)者在硬盤故障機(jī)理方面進(jìn)行了大量理論與試驗研究。

如2011年，三星公司研究結(jié)果表明頭盤界面故障是影響硬盤可靠性的主要因素，60%以上的故障與頭盤界面有關(guān)；2011年，香港城市大學(xué)對硬盤的故障模式和機(jī)理進(jìn)行分級排序，確定了硬盤的主要故障模式和機(jī)理為頭盤間磨損、過應(yīng)力和磁頭臂組件的共振。

實際上，產(chǎn)品故障或失效一般可以分為漸變失效和突變失效兩類，其中漸變失效在產(chǎn)品失效中占 70%～80%，是產(chǎn)品失效的主要形式。盡管機(jī)械硬盤擁有多種故障模式和機(jī)理，但統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)超過 60%的故障是由機(jī)械故障導(dǎo)致的，而且機(jī)械故障是個緩慢退化的過程，這對開展硬盤加速退化試驗、故障預(yù)警和剩余壽命預(yù)測具有重要參考意義。

從用戶層面上來看，無法找到數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)已損壞是硬盤完全失效前表現(xiàn)出來的主要故障形式，而這一問題一般就被歸結(jié)為硬盤頭盤界面問題。在硬盤故障機(jī)理研究領(lǐng)域，硬盤頭盤間的磨損、過應(yīng)力和磁頭臂組件的共振這三種潛在故障機(jī)理風(fēng)險最高，與之對應(yīng)的頭盤界面和磁頭臂組件成了硬盤最主要的故障源。

事實上，據(jù)三星公司統(tǒng)計，從硬盤加速壽命試驗、可靠性驗證試驗以及現(xiàn)場反饋數(shù)據(jù)中反映出，頭盤界面相關(guān)失效形式分別占到了各自總體失效的 64%、 77%和 64.6%，可以看出頭盤界面是影響硬盤可靠性的主要因素，而頭盤界面相關(guān)失效主要由頭盤接觸引起。

硬盤失效形式統(tǒng)計△

從介質(zhì)和存儲系統(tǒng)

多層次保障數(shù)據(jù)可靠與可用

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)越來越多，給存儲系統(tǒng)可靠性和可用性的巨大挑戰(zhàn)。為了構(gòu)建高可靠、高可用的存儲系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計者以及存儲領(lǐng)域研究者越來越關(guān)注存儲系統(tǒng)可靠性預(yù)測研究。

尤其存儲系統(tǒng)的架構(gòu)演變，存儲組織和冗余布局也從設(shè)備（硬盤）視角變?yōu)閿?shù)據(jù)（文件、對象）視角。但現(xiàn)有硬盤故障預(yù)測方法只是一種設(shè)備視角的可靠性動態(tài)評價，即孤立地給出硬盤個體的健康或潛在故障的評級，并未考慮它對系統(tǒng)（數(shù)據(jù)）可靠性的影響，如對于一個預(yù)警硬盤，如果它所屬的某些校驗組已經(jīng)處于降級模式，只要再發(fā)生一個故障就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失，那么該預(yù)警硬盤的健康狀況對系統(tǒng)可靠性的影響非常大；相反，如果它所屬的校驗組都處于完全健康的模式，可以容忍一個故障發(fā)生而不丟失數(shù)據(jù)，那么該預(yù)警盤的健康狀況對系統(tǒng)可靠性的影響較小。

因此，有效保障存儲數(shù)據(jù)安全的故障預(yù)測，不僅要基于硬盤個體的實時健康度評價，更要結(jié)合硬盤在系統(tǒng)冗余布局中的角色，從存儲介質(zhì)和存儲系統(tǒng)不同預(yù)測對象角度，綜合評價硬盤潛在故障對系統(tǒng)可靠性的影響，這就相當(dāng)于給存儲系統(tǒng)帶了“健康手環(huán)”，為數(shù)據(jù)可靠性預(yù)警處理提供量化依據(jù)。

由于硬盤的TPI越來越高，飛高越來越低，軌道間距越來越窄，硬盤針對particle/contamination（顆粒/污染物）的敏感度越來越高。浪潮存儲在和硬盤廠商在產(chǎn)線引入特有的測試方法，通過改變HDA內(nèi)部的空氣流動，將HDA腔體中散落在角落的particle/contamination攪動至磁碟表面，再通過磁臂的大幅擺動將盡可能多的污染顆粒吹至呼吸過濾器，減少頭碟接觸的風(fēng)險；另外這種測試的引入也會盡可能在早期暴露因為游離顆粒產(chǎn)生的頭碟接觸風(fēng)險，將因機(jī)械硬盤失效帶來的數(shù)據(jù)丟失隱患降到更低。

為了保證硬盤生命周期內(nèi)的可靠應(yīng)用，浪潮存儲通過上百次實驗摸排存儲系統(tǒng)的RV benchmark（旋轉(zhuǎn)振動基準(zhǔn)）去確認(rèn)外界振動對機(jī)械硬盤和系統(tǒng)性能的影響，通過優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)剛度，增加阻尼材料，吸震材料減少風(fēng)扇振動對系統(tǒng)剛度的影響；同時從硬盤本體系統(tǒng)振型角度著手，通過檢測系統(tǒng)功率譜識別設(shè)計結(jié)構(gòu)中比較脆弱的頻率段，通過和硬盤廠商技術(shù)合作，在伺服系統(tǒng)里增加前置反饋，notch filter（陷波濾波器）降低因為系統(tǒng)本身比較脆弱的抗沖擊能力，增加整個系統(tǒng)的魯棒性，改善硬盤的抗震性能，使硬盤在系統(tǒng)100%風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，測試4種不同讀寫模式的IOPS吞吐量均可以維持在97%以上，有效的保障數(shù)據(jù)的可靠、可用。

浪潮存儲正秉承“云存智用 運籌新數(shù)據(jù)”的存儲理念，和合作伙伴一起合作進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，從介質(zhì)、系統(tǒng)、應(yīng)用全面的保障數(shù)據(jù)生命周期內(nèi)的可靠、可用；未來浪潮存儲從場景出發(fā)，持續(xù)打造“穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效”的存儲平臺，加速企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

審核編輯 ：李倩