Một đoạn video thử nghiệm được quay vào tháng 12 năm 2008 tại trung tâm dữ liệu của Sun Microsystems, đến giữa tháng 6 lại bùng nổ trở lại và tích lũy hơn 5,3 triệu lượt xem. Nhân vật chính của video, Brendan Gregg, gào thẳng vào mảng ổ cứng cơ học HDD kiểu JBOD; công cụ phân tích Sun Fishworks cho thấy các chỉ số độ trễ của HDD bị tác động bởi sóng âm tăng vọt trong cùng một giây.
Nhật ký thử nghiệm tại trung tâm dữ liệu Sun Microsystems năm 2008
(Nguồn: Youtube)
Video được Bryan Cantrill, đồng nghiệp của Gregg, đăng tải, ghi nhận thời gian vào tháng 12 năm 2008. Thiết bị thử nghiệm là JBOD (Just a Bunch of Disks, một mảng ổ cứng cơ học được liên kết trực tiếp), công cụ giám sát là hệ thống phân tích Sun Fishworks, có thể hiển thị độ trễ đọc/ghi của từng ổ HDD theo thời gian thực.
Kết quả thí nghiệm hiện rõ trên màn hình giám sát: khi Gregg bắt đầu gào, các con số độ trễ của một vài ổ HDD cụ thể lập tức vọt cao, tốc độ đọc/ghi giảm mạnh; sau khi ngừng gào, các con số độ trễ khôi phục về trạng thái bình thường. Màn hình giám sát chỉ ra chính xác những ổ cứng nào bị ảnh hưởng và mức độ ảnh hưởng nặng hay nhẹ.
Cơ chế vật lý khiến đầu từ HDD lạc đường: treo lơ lửng cỡ nano và truyền dẫn sóng âm
Đầu đọc/ghi của HDD lơ lửng trên bề mặt đĩa chỉ cách vài nanomet; đĩa quay tốc độ cao với hàng nghìn vòng mỗi phút. Về mặt vật lý, khoảng dung sai của toàn bộ hệ thống gần như bằng không.
Khi sóng âm truyền đến vỏ HDD qua không khí làm môi trường, rồi đi vào bên trong thông qua cấu trúc của vỏ, nó sẽ tạo ra sự dịch chuyển tương đối rất nhỏ giữa đĩa và đầu từ. Vì khi đọc/ghi, đầu từ phải định vị chính xác theo rãnh từ trên đĩa, mọi độ lệch nhỏ không mong muốn đều sẽ kích hoạt quy trình định vị lại, khiến độ trễ tăng và thông lượng giảm. HDD cấp trung tâm dữ liệu có thiết kế chống rung, nhưng áp suất âm thanh cường độ cao đột biến vẫn đủ để vượt ngưỡng bảo vệ.
CVE-2022-38392: ví dụ cộng hưởng giữa bản thu âm “Rhythm Nation” của Janet Jackson và HDD 5400 RPM
Đĩa đơn “Rhythm Nation” do Janet Jackson phát hành vào năm 1989 được một kỹ sư của Microsoft phát hiện: một đoạn trong bài hát có tần số cộng hưởng tự nhiên trùng khớp với tần số cộng hưởng cơ học của các ổ HDD laptop phổ biến 5400 RPM thời điểm đó. Chỉ cần phát bài hát này cạnh một số laptop, có thể khiến HDD bị sập và đứng máy; không chỉ máy tính đang phát nhạc mà cả laptop đặt bên cạnh cũng có thể bị ảnh hưởng. Trường hợp này được đưa chính thức vào làm lỗ hổng bảo mật vào năm 2022 với tên CVE-2022-38392, trở thành một ghi nhận về lỗ hổng hiếm gặp trong lịch sử an ninh phần cứng và phần mềm với nguyên nhân được gợi từ một bài hát nổi tiếng.
Bối cảnh triển khai HDD cơ học trong trung tâm dữ liệu AI hiện nay
SSD (ổ cứng thể rắn, không có bộ phận quay) gần như miễn nhiễm với sóng âm và rung chấn, nên tỷ lệ thâm nhập của nó trong các trung tâm dữ liệu hiện đại đã tăng mạnh. Tuy nhiên, do lợi thế về chi phí và dung lượng tính theo đơn vị, HDD cơ học vẫn tiếp tục được triển khai rất nhiều trong các kịch bản lưu trữ lạnh.
Quy mô tập dữ liệu gốc cần thiết cho huấn luyện AI thường lên tới hàng chục đến hàng trăm TB, và một tỷ lệ đáng kể vẫn được lưu trên các mảng đĩa cơ học. Vì vậy, “sóng âm làm HDD giảm tốc” không chỉ là câu chuyện thú vị mang tính lịch sử, mà là hạng mục rủi ro tiềm ẩn của hạ tầng đang vận hành.
Câu hỏi thường gặp
Tại sao HDD nhạy với sóng âm đến vậy?
Theo phần giải thích trong bài viết, đầu đọc/ghi của HDD lơ lửng trên bề mặt đĩa chỉ cách vài nanomet; khoảng dung sai vật lý của toàn hệ thống gần như bằng không. Sóng âm truyền vào trong HDD thông qua không khí và cấu trúc vỏ, gây ra sự dịch chuyển tương đối rất nhỏ giữa đầu từ và đĩa; mọi độ lệch đều khiến quy trình định vị lại kích hoạt, làm độ trễ tăng. Đây là giới hạn cấu trúc của các đĩa xoay cơ học dưới định luật vật lý, không phải lỗi thiết kế.
CVE-2022-38392 được biến thành lỗ hổng bảo mật chính thức như thế nào?
Theo bài viết, các kỹ sư của Microsoft phát hiện rằng một tần số cụ thể của đĩa đơn “Rhythm Nation” năm 1989 của Janet Jackson trùng khớp với tần số cộng hưởng cơ học của HDD laptop 5400 RPM; khi phát nhạc có thể khiến HDD sập. Vì vấn đề này phù hợp định nghĩa lỗ hổng bảo mật (lỗi mang tính hệ thống có thể bị kích hoạt bởi yếu tố bên ngoài), nên vào năm 2022 nó được ghi nhận chính thức vào cơ sở dữ liệu lỗ hổng với mã CVE-2022-38392.
Trung tâm dữ liệu AI liệu vẫn có rủi ro HDD cơ học bị ảnh hưởng bởi sóng âm không?
Theo bài viết, dù SSD miễn nhiễm với sóng âm, nhưng do chi phí và lợi thế về dung lượng, HDD cơ học vẫn được dùng phổ biến cho lưu trữ lạnh, và dữ liệu huấn luyện AI cũng có một tỷ lệ đáng kể được lưu trên các mảng đĩa cơ học. Do đó, hiện tượng sóng âm ảnh hưởng đến HDD vẫn là rủi ro tiềm ẩn của hạ tầng đang vận hành, chứ không phải một sự kiện thuần túy thuộc về quá khứ.
