Engenheiro grita “HDD” em 2008, a velocidade despenca, o vídeo do experimento volta a viralizar

Um vídeo experimental filmado em dezembro de 2008 num centro de dados da Sun Microsystems voltou a ficar viral em meados de junho, com um total de mais de 5,3 milhões de visualizações. O protagonista do vídeo, Brendan Gregg, grita para uma matriz de discos rígidos JBOD (HDD) do tipo mecânico; as ferramentas de análise da Sun Fishworks mostram que os valores de latência dos HDD atingidos pelo impacto das ondas sonoras disparam para cima no mesmo segundo.

Registo de testes do experimento num centro de dados da Sun Microsystems em 2008

（Fonte：Youtube）

O vídeo foi carregado pelo colega de Gregg, Bryan Cantrill, com data de dezembro de 2008. O equipamento do experimento é um JBOD (Just a Bunch of Disks, uma matriz de HDDs mecânicos em ligação direta em série) e a ferramenta de monitorização é o sistema de análise Sun Fishworks, que permite visualizar em tempo real a latência de leitura e escrita de cada HDD.

Os resultados do experimento tornam-se evidentes no ecrã de monitorização: quando Gregg começa a gritar, os valores de latência de alguns HDDs específicos sobem imediatamente, enquanto a velocidade de leitura e escrita desce abruptamente; depois de parar de gritar, os valores de latência recuperam. O ecrã de monitorização identifica com precisão quais são os discos rígidos afetados e o grau de impacto em cada um.

Mecanismo físico do “cabeçote” de um HDD que se perde: suspensão a nível de nanómetros e condução por ondas sonoras

Os cabeçotes de leitura e escrita do HDD flutuam acima da superfície do disco a apenas alguns nanómetros de altura; o disco gira a alta velocidade, a milhares de rotações por minuto. O espaço de tolerância físico de todo o sistema é quase nulo.

Quando as ondas sonoras são transmitidas por meio do ar para a carcaça do HDD e, em seguida, através da estrutura da própria carcaça para o interior, provocam um pequeno deslocamento relativo entre o disco e o cabeçote. Como o cabeçote tem de alinhar com precisão a trajetória magnética no disco durante a leitura e escrita, qualquer desvio mínimo não previsto desencadeia um procedimento de reposicionamento, fazendo com que a latência aumente e o throughput diminua. Embora os HDDs de nível de centro de dados venham com projeto anti-vibração, uma pressão sonora súbita e de alta intensidade ainda consegue ultrapassar o limiar de proteção.

CVE-2022-38392：o caso de ressonância entre “Rhythm Nation” de Janet Jackson e HDD a 5400 RPM

“Rhythm Nation”, um single lançado por Janet Jackson em 1989, foi descoberto por engenheiros da Microsoft: uma parte da canção tem uma frequência de ressonância natural que coincide exatamente com a frequência de ressonância mecânica dos HDDs de portáteis a 5400 RPM, então dominantes. Ao reproduzir esta música ao lado de alguns portáteis, é possível provocar uma falha e colapso do HDD; não é apenas o computador onde a música está a ser reproduzida que pode ser afetado, mas também o outro portátil colocado nas proximidades. Este caso foi formalmente incluído em 2022 como vulnerabilidade de segurança CVE-2022-38392, tornando-se um registo raro de uma falha de segurança em software e hardware que teve como causa um tema musical popular.

Contexto da implementação atual de HDDs mecânicos em centros de dados de IA

Os SSD (unidades de estado sólido, sem componentes rotativos) são quase totalmente imunes a ondas sonoras e vibrações, e a sua penetração em centros de dados modernos aumentou bastante. No entanto, devido às vantagens de custo e de capacidade por unidade, os HDDs mecânicos continuam a ser implantados em larga escala em cenários de armazenamento frio.

Os conjuntos de dados originais necessários para treino de IA podem ir de dezenas a centenas de TB, e uma proporção significativa ainda acaba em matrizes de discos mecânicos; por isso, “as ondas sonoras fazem o HDD abrandar” não é apenas uma curiosidade histórica, mas sim um item de risco potencial na infraestrutura atual.

Perguntas frequentes

Porque é que os HDD são tão sensíveis às ondas sonoras?

De acordo com o artigo, os cabeçotes de leitura e escrita do HDD flutuam acima da superfície do disco a apenas alguns nanómetros, pelo que o espaço de tolerância físico do sistema é quase nulo. As ondas sonoras são transmitidas para o interior do HDD através do ar e da estrutura da carcaça, provocando um pequeno deslocamento relativo entre o cabeçote e o disco; qualquer desvio faz disparar um processo de reposicionamento, levando a um aumento da latência. Esta é uma limitação estrutural da unidade rotativa de disco mecânico sob leis físicas, e não um defeito de conceção.

Como é que a CVE-2022-38392 se tornou uma vulnerabilidade de segurança oficial?

De acordo com o artigo, engenheiros da Microsoft descobriram que uma frequência específica do single “Rhythm Nation” de Janet Jackson de 1989 coincide com a frequência de ressonância mecânica de HDDs de portáteis a 5400 RPM, e que ao reproduzir a música é possível causar a falha do HDD. Como este problema se enquadra na definição de vulnerabilidade de segurança (um falhanço sistemático que pode ser despoletado por fatores externos), foi formalmente incluído em 2022 na base de dados de vulnerabilidades com o identificador CVE-2022-38392.

Ainda existe risco de os centros de dados de IA terem HDDs mecânicos afetados por ondas sonoras?

De acordo com o artigo, embora os SSD sejam imunes a ondas sonoras, devido ao custo e à vantagem de capacidade os HDDs mecânicos continuam a ser amplamente usados para armazenamento frio, e também existe uma proporção considerável dos conjuntos de dados de treino da IA armazenada em matrizes de discos mecânicos. Assim, o fenómeno de as ondas sonoras afetarem os HDDs continua a ser um risco potencial na infraestrutura atual, e não um evento apenas histórico.