Ein Experimentvideo, aufgenommen im Dezember 2008 in einem Sun-Microsystems-Datenzentrum, wurde Mitte Juni erneut viral und hat inzwischen über 5,3 Millionen Aufrufe. Der Protagonist des Videos, Brendan Gregg, schreit eine JBOD-Maschine (JBOD: mechanische HDD-Festplattenarray) wütend an; die Analyse-Tools von Sun Fishworks zeigen, dass die durch Schallwellen verursachten HDD-Latenzzahlen innerhalb derselben Sekunde massiv nach oben schießen.
Testaufzeichnungen des Sun-Microsystems-Datenzentrums von 2008
（Quelle: Youtube）
Das Video wurde von Greggs Kollegen Bryan Cantrill hochgeladen und ist mit einem Aufnahmezeitraum von Dezember 2008 dokumentiert. Die Versuchseinrichtung ist ein JBOD (Just a Bunch of Disks, ein mechanisches HDD-Array aus direkt hintereinandergeschalteten Laufwerken); das Überwachungstool ist das Sun-Fishworks-Analyse-System, das die Lese- und Schreiblatenz jeder einzelnen HDD in Echtzeit anzeigen kann.
Das Versuchsergebnis ist im Überwachungsbildschirm sofort ersichtlich: Als Gregg mit dem Schreien beginnt, schnellen die Latenzzahlen bestimmter HDDs unmittelbar nach oben, während die Lese- und Schreibgeschwindigkeit stark einbricht; nachdem er wieder aufhört zu schreien, erholen sich die Latenzzahlen. Der Überwachungsbildschirm markiert präzise, welche Festplatten betroffen sind und wie stark die Beeinträchtigung jeweils ausfällt.
Physikalischer Mechanismus: HDD-Magnetköpfe verirren sich — nanoschwebende Kopfführung und Schallweiterleitung
Die Lese-/Schreibköpfe eines HDD schweben nur wenige Nanometer über der Oberfläche der Datenscheiben; die Scheiben rotieren mit hoher Geschwindigkeit, mit tausenden Umdrehungen pro Minute. Die physische Fehlertoleranz des gesamten Systems liegt praktisch bei null.
Wenn Schallwellen über die Luft als Medium zum HDD-Gehäuse geleitet und dann durch die Gehäusestruktur in das Innere übertragen werden, kommt es zu winzigen Relativverschiebungen zwischen Datenscheibe und Kopf. Da die Köpfe beim Lesen und Schreiben exakt auf die Magnetspuren ausgerichtet sein müssen, löst jede unerwartete winzige Abweichung einen Neu-Positionierungsprozess aus — wodurch die Latenz steigt und der Durchsatz sinkt. HDDs auf Rechenzentrumsniveau sind zwar mit Vibrationsschutz ausgestattet, aber ein plötzlicher, hochintensiver Schalldruck reicht aus, um die Schutzschwelle zu durchbrechen.
CVE-2022-38392: Janet Jackson „Rhythm Nation“ und ein Resonanzfall mit 5400-RPM-HDDs
„Rhythm Nation“, eine von Janet Jackson 1989 veröffentlichte Single, wurde von Microsoft-Ingenieuren entdeckt: Eine bestimmte Stelle des Songs liegt genau bei der natürlichen Resonanzfrequenz, die damals mit der mechanischen Resonanzfrequenz gängiger 5400-RPM-Laptop-HDDs übereinstimmt. Wenn man diesen Song in der Nähe eines Teils der Laptops abspielt, kann das direkt zum Absturz des HDD führen; betroffen ist nicht nur der Computer, auf dem der Song abgespielt wird, sondern auch ein neben dem Laptop platzierter weiterer Laptop. Dieser Fall wurde 2022 offiziell als Sicherheitslücke CVE-2022-38392 erfasst und wurde zu einer der seltenen Aufzeichnungen von Sicherheitslücken mit einem Popmusik-Titel als Auslöser in der Geschichte von Software- und Hardware-Sicherheit.
Hintergrund für den aktuellen Einsatz von mechanischen HDDs in KI-Datenzentren
SSD (Solid-State-Drive, ohne rotierende Bauteile) ist gegen Schallwellen und Vibrationen nahezu vollständig immun; in modernen Datenzentren ist die Durchdringungsrate deutlich gestiegen. Dennoch werden mechanische HDDs aufgrund ihrer Kosten und ihres Vorteils bei der Kapazität in Kühl-/Cold-Storage-Szenarien weiterhin in großer Zahl eingesetzt.
KI-Trainings benötigen Rohdatensätze in Größenordnungen von oft Dutzenden bis zu Hunderten von TB; ein entsprechender Anteil landet weiterhin in Festplatten-Arrays aus Mechaniklaufwerken. Daher ist „Schallwellen machen HDDs langsamer“ nicht nur ein reines Relikt der Vergangenheit, sondern ein potenzielles Risiko in der aktuellen Infrastruktur.
Häufige Fragen
Warum sind HDDs so empfindlich gegenüber Schallwellen?
Laut Artikel sind die Lese-/Schreibköpfe eines HDD nur wenige Nanometer über der Oberfläche der Datenscheiben in der Luft schwebend positioniert; die physische Fehlertoleranz des Systems liegt praktisch bei null. Schallwellen werden über Luft und die Gehäusestruktur in das Innere des HDD übertragen und verursachen eine winzige Relativverschiebung zwischen Kopf und Datenscheibe; jede Abweichung löst einen Neu-Positionierungsprozess aus, wodurch die Latenz steigt. Das ist eine strukturelle Einschränkung mechanischer rotierender Datenscheiben unter den Naturgesetzen — keine Designschwäche.
Wie wurde CVE-2022-38392 zu einer offiziell eingestuften Sicherheitslücke?
Laut Artikel stellten Microsoft-Ingenieure fest, dass eine bestimmte Frequenz der 1989 veröffentlichten Single „Rhythm Nation“ von Janet Jackson mit der mechanischen Resonanzfrequenz von 5400-RPM-Laptop-HDDs übereinstimmt; beim Abspielen kann das zum Zusammenbruch des HDD führen. Da dieses Problem die Definition einer Sicherheitslücke erfüllt (systematischer Fehler, der durch externe Faktoren ausgelöst werden kann), wurde es 2022 offiziell in die Datenbank für Schwachstellen aufgenommen — mit der Kennung CVE-2022-38392.
Gibt es in KI-Datenzentren weiterhin das Risiko, dass mechanische HDDs durch Schallwellen beeinflusst werden?
Laut Artikel gilt zwar, dass SSDs gegen Schallwellen immun sind, doch mechanische HDDs werden aufgrund der Kosten- und Kapazitätsvorteile weiterhin massenhaft für Cold Storage eingesetzt; auch ein beträchtlicher Anteil der KI-Trainingsdaten wird auf mechanischen Datenträger-Arrays gespeichert. Daher ist das Phänomen, dass Schallwellen HDDs beeinflussen, weiterhin ein potenzielles Risiko in der aktuellen Infrastruktur — kein rein historisches Ereignis.
