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宇视杂志No.8

宇视存储产品的硬件可靠性

梁红伟

  宇视科技的存储产品自2004 年就开始研发,经过十余年持续不断的技术发展和市场考验,已开发出拥有完全自主知识产权的12/16/24/36/48 盘位产品、单双控产品、经济型产品、高性能产品,产品序列丰富齐全,产品质量坚如磐石,以高性能、高可靠性成为宇视精工制造的佼佼者,而硬件作为一个产品的基本件,是宇视科技存储产品高性能、高可靠性的基石,设计精雕细琢,处处彰显精工品质。

一、领先的硬件平台,独具创新的控制器架构,电信级高可靠性标准设计

  业界标准的19 英寸机柜安装,部件全部模块化、无线缆设计,模块之间全部使用电信级连接器互连,电源模块、电池模块、风扇模块等关键部件使用冗余架构设计,支持热插拔及在线更换,当个别模块发生故障时,能够实现快速的故障隔离和更换,保证业务的连续性和数据的安全性,系统可用性达到99.999%。

  基于Intel 64 位最先进多核处理器设计,数据通道使用PCI-E 3.0、SAS3.0 总线技术,提供业界速度最快带宽最高的数据通道,支持大容量、多通道、高性能ECC DDR3 内存接口, 对外提供最先进的PCI-E3.0 扩展总线,最多可达5 个PCI-E 扩展槽位,灵活实现千兆以太网口、万兆以太网口、SAS2.0、SAS3.0、光纤通道、H.264 解码等各种丰富的接口类型扩展。

  主机采用主备双BIOS 方案设计,保证主机系统启动更加可靠,BIOS 在线升级更加安全。在BIOS 芯片硬件故障或者BIOS 程序被改写的情况下,主机在启动时会自动检测故障,一旦发现故障,主机会自动切换到备BIOS 启动,并且会在启动完成后主动进行告警提示当前系统运行在备BIOS。

  使用自主知识产权的纯硬件高速同步管理总线技术(专利号:CN102880571A),拥有完全独立的数据通道和管理通道,管理更加高效、简洁、可靠。相比传统实现方式,使用自研同步管理总线技术,管理通道数据直接通过硬件不依赖软件进行点到点传送,具有低延迟、高实时性、高效率、高可靠性,对模块管理更加精细化、智能化。

  精细化硬盘电源管理,可以单独对每个槽位的硬盘进行上下电控制,实现硬盘访问容错、安全插拔,通过缓启动技术实现对硬盘安全上电,避免大量硬盘同时上电时产生突发电流造成电流过载、电压跌落震荡等风险。

  软硬件两级Watchdog,保证在系统故障时无需人为介入系统可自动恢复业务正常。第一级为软件Watchdog 模块,由底层驱动模块实现,上层软件模块和底层驱动模块进行定时轮询交互,一旦上层软件故障,底层驱动模块会自动强制系统进入安全模式,将高速缓存中的数据刷写到数据保险箱后再自动恢复业务正常,数据保险箱可以和阵列硬盘一起漫游到新系统,系统恢复安全、简便。第二级为硬件Watchdog 模块,硬件实时性检测系统心跳信号,如果上层软件模块、底层驱动模块均出现故障,硬件Watchdog 模块会强制系统自恢复业务正常。

  自适应温度调节系统,温度应力是设备失效的主要模式,根据Arrhenius 失效方程,温度每上升10℃,则失效率升高1 倍,采用高可靠性、高能效比的涡轮风扇,能在有限的结构空间内显著提升散热效果,设备内部设计多个温度传感器,对硬盘、CPU、电源等关键部件温度进行三百六十度全方位监控,具有温度准确性校正、传感器失效冗余功能,对温度传感器采集到的数据进行智能分析统计,对风扇进行多级智能线性调速,即使有风扇故障时,通过智能调速,也可以保证设备温度始终处于安全范围。系统设计两级过温保护安全机制,当环境温度异常,设备内温度超出一般告警门限时会以声、光、软件等方式主动告警,超出严重告警门限时设备会主动关机,以避免硬盘、CPU 等温度敏感部件出现不可逆转性损坏,永久性丢失数据。

二、低功耗,绿色节能设计,为客户节省每一度电

  全系统采用绿色节能环保的硬件设计,通过中国节能产品认证。
使用高效率高品质一次电源和板级二次电源,效率不低于90%,精选工业级元器件。
使用Intel 先进制程CPU,支持4 级系统级智能电源管理和8 级CPU 智能电源管理技术。
使用工业级电子硬盘作为系统盘,相比传统的机械硬盘,具有低功耗、宽温、高可靠性、随机读写性能高等无可比拟的优势。
自适应温度调节系统自动感知温度变化对风扇进行多档线性转速调节,风扇智能调速不仅能够降低风扇自身的功耗,而且可以对风扇进行降额使用,保证风扇的寿命可靠性。
智能多级硬盘自动降速,对没有数据流量的硬盘启用休眠模式,减少硬盘功耗,提高寿命。
主机休眠模式可以让设备在无业务情况下进入到待机状态,以最小的功耗运行,而定时开关机功能可以在无需业务的固定时间段对整个设备进行关机,比如夜晚无人区域。

三、全系列产品标配电池模块,体现专业存储优势,为数据安全保驾护航

  宇视科技所有的存储产品都标配有电池模块,以保证供电异常中断或者供电不稳时设备因断电丢失高速缓存数据。设备对外部供电主动感知,当侦测到供电异常中断或者供电不稳时,设备会立即进入电池模块供电模式,在此期间高速缓存数据会安全可靠地刷写到数据保险箱,不会丢失任何数据,数据永久性保护。

  电池模块使用国际知名品牌大容量高性能电芯,技术成熟、品质可靠,经过CCC、UL、TUV 国内外安规机构严格认证测试,可反复充放电、超长循环寿命,有过充过放短路保护功能,安全可靠。电池模块使用1+1 冗余架构设计,支持负载均衡、容量检测、故障提前预测等功能,支持热插拔及在线更换。

四、防尘、防腐蚀、抗振,精心呵护硬盘,保证数据永久可靠

  存储产品硬盘密度高,发热量大,需要使用高效能风扇推动足够的空气流来给硬盘散热。空气流中含有大量的灰尘(PM100、PM10等)。当空气流经设备内部时,速度明显下降,灰尘就会附着在设备内部的线路板和硬盘上,久而久之,就会造成器件老化、电路腐蚀、散热不良等一系列问题,轻则设备失效不工作,重则线路短路、引起火灾,特别是硬盘作为精密机械部件,对灰尘极为敏感,如果在灰尘严重的环境下长期工作,硬盘很容易吸引空气中的灰尘颗粒,使其长期积累在硬盘的电路元器件上,会影响电子元器件的热量散发,使得电路元器件的温度上升,产生漏电或烧坏元件,灰尘也可能吸收水分,腐蚀硬盘的电子线路,加速硬盘失效,所以灰尘体积虽小,但对硬盘的危害是绝对不可低估。在宇视科技所有的存储产品上都配备一块高科技面板,除了阻止内外部的电磁波干扰外,面板上还装有7mm 厚、密度为30PPI 的聚氨酯防尘网,该防尘网能有效拦截空气流中的灰尘,避免灰尘堆积在主机内的线路板和硬盘上,防尘网为可拆卸式可,便于定期的清洗维护,可重复使用。如果防尘网上的灰尘积累太多,主机会产生声光报警,通知维护人员及时对防尘网进行清洗维护。

  机械硬盘工作原理是处在悬臂梁末端的磁头在高速旋转的盘面上寻址、读数,工作时磁头离盘面的距离只有0.5 微米左右。因此,一旦硬盘受到冲击或震动,悬臂梁末端的磁头可能会砸到盘面上,硬盘就会损坏,数据就会丢失。硬盘的制造过程十分的复杂,工艺十分精密,虽然各大硬盘厂商都在硬盘中加入了防振抗摔功能,但碰撞和振动依然是困绕硬盘的几大杀手之一。过度的碰撞和长期工作在超规格的振动环境下极易造成硬盘盘片与磁头结合不严密,甚至有磁头断裂的现象。宇视科技的硬盘模块带有自主知识产权的硬盘防震专利设计(专利号:CN201120404178.4),该防震设计能有效过滤来自机箱内外的冲击、振动以及硬盘之间的低频低能量振动,宇视科技的硬盘结构件使用特制滑条与硬盘侧面之间通过阻尼垫的间接接触,因而能够由阻尼垫圈在滑条与硬盘之间吸收振动,从而能够减少传递至硬盘的振动,通过滑条与阻尼垫插接的通孔内形成有锥状的侧壁,并使锥状的顶部朝向硬盘侧面、底部背向硬盘侧面,则被挤压的所述过孔凸台径向扩张呈锥状并压在侧壁的锥状部分,从而使得阻尼垫的固定更为牢固,有效保护硬盘不受外界冲击和震动的损伤。风扇的高速旋转带来的振动也是影响硬盘可靠性关键,宇视科技的风扇框使用粘弹性垫圈可以有效隔离风扇的振动通过机箱、背板传递到硬盘。

  随着空气污染日益严重,加上机房改造带来的二次污染,空气里大量的硫化物质会和硬盘线路板上的表面镀银慢慢产生化学反应,致使硬盘线路板逐渐被腐蚀,信号产生开路或者短路,导致硬盘失效。宇视科技的存储产品采用独创防腐蚀预警技术和硬盘防腐蚀保护膜技术(专利号:CN202694793U)来双重保障硬盘被腐蚀,首先,一旦空气中硫化物质超标,面板上自带的防腐蚀预警装置会主动提醒客户空气污染超标,需要改善机房环境;其次,在宇视科技的硬盘模块上配备有防腐蚀专用贴膜,贴膜不会与硬盘线路板产生化学反应,不影响硬盘散热,绿色环保,安全可靠,可以有效阻断空气与线路板接触,杜绝硬盘被污染腐蚀,同时还有抗静电功能。

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