วิดีโอการทดลองที่ถ่ายทำในเดือนธันวาคม 2008 ภายในศูนย์ข้อมูลของ Sun Microsystems กลับมาเป็นไวรัลอีกครั้งในช่วงกลางเดือนมิถุนายน และมียอดรับชมสะสมทะลุ 5.3 ล้านครั้ง ตัวละครหลักในวิดีโอคือ Brendan Gregg ตะโกนใส่แผงฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์แบบ JBOD (HDD) เครื่องมือวิเคราะห์ของ Sun Fishworks ที่ใช้อยู่ระบุว่าตัวเลขความหน่วงของ HDD ที่ได้รับผลกระทบจากแรงกระแทกของเสียงพุ่งสูงขึ้นทันทีภายในวินาทีเดียวกัน
บันทึกผลการทดสอบของศูนย์ข้อมูล Sun Microsystems ปี 2008
（แหล่งที่มา：Youtube）
วิดีโอนี้ถูกอัปโหลดโดย Bryan Cantrill เพื่อนร่วมงานของ Gregg โดยบันทึกการทดลองไว้เมื่อเดือนธันวาคม 2008 อุปกรณ์ทดลองคือ JBOD (Just a Bunch of Disks คือแผง HDD แบบต่อใช้งานตรง ๆ จำนวนหนึ่ง) และเครื่องมือติดตามคือระบบวิเคราะห์ของ Sun Fishworks ซึ่งแสดงความหน่วงในการอ่านเขียนของ HDD แต่ละตัวแบบเรียลไทม์
ผลการทดลองชัดเจนทันทีในหน้าจอมอนิเตอร์: ขณะที่ Gregg เริ่มตะโกน ตัวเลขความหน่วงของ HDD บางตัวจะพุ่งสูงขึ้นทันที อัตราการอ่านเขียนลดลงอย่างรวดเร็ว หลังจากหยุดตะโกน ตัวเลขความหน่วงก็กลับสู่สภาวะปกติ หน้าจอมอนิเตอร์ระบุได้อย่างแม่นยำว่ามี HDD ตัวไหนบ้างที่ได้รับผลกระทบ และระดับความรุนแรงมากน้อยเพียงใด
กลไกทางกายภาพที่หัวอ่าน/เขียน HDD หลงทิศ: การลอยตัวระดับนาโนเมตรและการส่งผ่านของคลื่นเสียง
หัวอ่านเขียนของ HDD ลอยอยู่เหนือผิวจานโดยมีความสูงเพียงไม่กี่นาโนเมตร แผ่นจานหมุนด้วยความเร็วสูงระดับหลายพันรอบต่อนาทีทั้งระบบแทบไม่มีพื้นที่ให้ความคลาดเคลื่อนทางกายภาพ
เมื่อคลื่นเสียงถูกส่งผ่านอากาศไปยังตัวถังของ HDD แล้วส่งต่อเข้าไปยังภายในผ่านโครงสร้างของตัวถัง จะทำให้เกิดการเคลื่อนที่เชิงสัมพัทธ์ที่เล็กมากระหว่างจานกับหัวอ่านเขียน เนื่องจากเวลาที่หัวอ่านเขียนทำงานจำเป็นต้องเข้าตำแหน่งให้ตรงกับรางแม่เหล็กบนจานอย่างแม่นยำ การเคลื่อนที่ที่ไม่คาดคิดแม้เพียงเล็กน้อยจะกระตุ้นขั้นตอนการจัดตำแหน่งใหม่ ส่งผลให้ความหน่วงในการอ่านเขียนเพิ่มขึ้นและทรูพุตลดลง HDD ระดับศูนย์ข้อมูลมีการออกแบบป้องกันแรงสั่นสะเทือนอยู่แล้ว แต่แรงดันเสียงระดับสูงแบบฉับพลันยังเพียงพอที่จะทะลุผ่านค่าขีดจำกัดของการป้องกัน
CVE-2022-38392: กรณีเรโซแนนซ์จากเพลง “Rhythm Nation” ของ Janet Jackson กับ HDD 5400 RPM
เพลงซิงเกิล “Rhythm Nation” ของ Janet Jackson ที่ออกในปี 1989 ถูกวิศวกรของ Microsoft พบว่าในช่วงหนึ่งของเพลง ความถี่เรโซแนนซ์ตามธรรมชาติพอดีกับความถี่เรโซแนนซ์เชิงกลของ HDD แล็ปท็อประดับหลักในยุคนั้นที่ 5400 RPM เมื่อเปิดเพลงนี้ข้าง ๆ เครื่องคอมพิวเตอร์แล็ปท็อปบางรุ่น สามารถทำให้ HDD พังและค้างได้โดยตรง ไม่ใช่แค่คอมพิวเตอร์ที่เปิดเพลงเท่านั้น แม้แต่แล็ปท็อปอีกเครื่องที่วางอยู่ข้าง ๆ ก็อาจได้รับผลกระทบ กรณีนี้ถูกบรรจุเป็นช่องโหว่ด้านความปลอดภัยอย่างเป็นทางการในปี 2022 ด้วยหมายเลข CVE-2022-38392 ถือเป็นบันทึกช่องโหว่ที่เกิดจากปัจจัยเป็นเพลงป๊อปอย่างที่พบได้ยากมากในประวัติศาสตร์ความปลอดภัยของทั้งซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์
พื้นหลังการใช้งาน HDD แบบเชิงกลในศูนย์ข้อมูล AI ระดับปัจจุบัน
SSD (ไดรฟ์โซลิดสเตต ไม่มีชิ้นส่วนที่หมุน) แทบไม่มีภูมิต้านทานต่อคลื่นเสียงและแรงสั่นสะเทือนในระดับใดเลย อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันความสามารถในการแทรกซึมของ SSD ในศูนย์ข้อมูลสมัยใหม่เพิ่มขึ้นอย่างมาก แต่ HDD แบบเชิงกลยังคงถูกใช้งานจำนวนมากในฉากการเก็บข้อมูลแบบเย็น (cold storage) เพราะต้นทุนและความได้เปรียบด้านความจุต่อหน่วย
ขนาดของชุดข้อมูลดิบที่ต้องใช้สำหรับการฝึก AI มักอยู่ที่ระดับหลายสิบถึงหลายร้อย TB และสัดส่วนหนึ่งค่อนข้างมากยังคงถูกจัดเก็บบนแผงจานแม่เหล็ก ดังนั้น “เสียงทำให้ HDD ช้าลง” ไม่ใช่เรื่องเล่าทางประวัติศาสตร์ล้วน ๆ แต่เป็นรายการความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นกับโครงสร้างพื้นฐานที่ใช้งานอยู่จริง
คำถามที่พบบ่อย
ทำไม HDD ถึงไวต่อคลื่นเสียงมากนัก?
ตามคำอธิบายในบทความ หัวอ่านเขียนของ HDD ลอยอยู่เหนือผิวจานด้วยความสูงเพียงไม่กี่นาโนเมตร และพื้นที่ให้ความคลาดเคลื่อนทางฟิสิกส์ของทั้งระบบใกล้เคียงศูนย์ คลื่นเสียงถูกส่งผ่านอากาศและโครงสร้างของตัวถังเข้าสู่ภายใน HDD ทำให้เกิดการเคลื่อนที่เชิงสัมพัทธ์ขนาดเล็กระหว่างหัวกับจาน และการเคลื่อนที่ใด ๆ ก็ตามที่เกิดขึ้นจะกระตุ้นขั้นตอนการจัดตำแหน่งใหม่ ส่งผลให้ความหน่วงเพิ่มขึ้น นี่คือข้อจำกัดเชิงโครงสร้างของ HDD แบบจานหมุนตามกฎฟิสิกส์ ไม่ใช่ข้อบกพร่องจากการออกแบบ
CVE-2022-38392 กลายมาเป็นช่องโหว่ความปลอดภัยอย่างเป็นทางการได้อย่างไร?
ตามบทความ วิศวกรของ Microsoft พบว่าความถี่เฉพาะในซิงเกิลของ Janet Jackson ปี 1989 เรื่อง “Rhythm Nation” ตรงกับความถี่เรโซแนนซ์เชิงกลของ HDD แล็ปท็อปที่ 5400 RPM และเมื่อเปิดเพลงก็สามารถทำให้ HDD พังได้ เมื่อปัญหานี้ตรงกับคำจำกัดความของช่องโหว่ด้านความปลอดภัย (ความล้มเหลวเชิงระบบที่ถูกกระตุ้นได้โดยปัจจัยภายนอก) ในปี 2022 จึงถูกบรรจุในฐานข้อมูลช่องโหว่อย่างเป็นทางการด้วยหมายเลข CVE-2022-38392
ศูนย์ข้อมูล AI ยังมีความเสี่ยงที่ HDD แบบเชิงกลจะได้รับผลกระทบจากคลื่นเสียงอยู่ไหม?
ตามบทความ แม้ SSD จะไม่ถูกกระทบจากคลื่นเสียง แต่ HDD แบบเชิงกลยังคงถูกใช้งานจำนวนมากเพราะต้นทุนและความจุ และชุดข้อมูลสำหรับการฝึก AI ก็มีสัดส่วนที่ค่อนข้างมากถูกเก็บไว้ในแผงจานแม่เหล็ก ดังนั้นปรากฏการณ์ที่คลื่นเสียงส่งผลต่อ HDD ยังถือเป็นความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นกับโครงสร้างพื้นฐานที่ใช้งานอยู่จริง ไม่ใช่เหตุการณ์ในอดีตล้วน ๆ
