Engenheiro grita alto em 2008, HDD tem queda brusca de velocidade; vídeo do experimento volta a viralizar

Um vídeo de laboratório filmado em dezembro de 2008 em um data center da Sun Microsystems voltou a ficar em alta no início de junho, com o número total de visualizações passando de 5,3 milhões. No vídeo, o protagonista Brendan Gregg grita para uma matriz de discos rígidos JBOD (HDD); as ferramentas de análise da Sun Fishworks mostram que os números de latência dos HDDs atingidos por ondas sonoras disparam para cima dentro do mesmo segundo.

Registros de testes do experimento no data center da Sun Microsystems em 2008

（Fonte: Youtube）

O vídeo foi enviado pelo colega de Gregg, Bryan Cantrill, e o período registrado é dezembro de 2008. O equipamento do experimento é um JBOD (Just a Bunch of Disks, uma matriz de HDDs mecânicos em conexão direta), e a ferramenta de monitoramento é o sistema de análise da Sun Fishworks, que exibe em tempo real a latência de leitura e gravação de cada HDD.

Os resultados do experimento ficam claros na tela de monitoramento: quando Gregg começa a gritar, os números de latência de alguns HDDs específicos disparam imediatamente, enquanto a velocidade de leitura e gravação cai drasticamente; ao parar de gritar, os números de latência voltam ao normal. A tela de monitoramento indica com precisão quais unidades de disco foram afetadas e o grau da influência.

O mecanismo físico de “perda do caminho” das cabeças do HDD: suspensão em nível nanométrico e condução de ondas sonoras

As cabeças de leitura e escrita do HDD ficam suspensas sobre a superfície do disco a apenas alguns nanômetros de altura; o disco gira em alta velocidade a milhares de rotações por minuto. A tolerância a falhas do sistema, no nível físico, fica próxima de zero.

Quando as ondas sonoras se propagam por meio do ar até o gabinete do HDD e, em seguida, entram no interior por meio da estrutura do gabinete, elas provocam um pequeno deslocamento relativo entre o disco e as cabeças. Como, ao ler e gravar, a cabeça precisa se alinhar com precisão às trilhas magnéticas no disco, qualquer microdeslocamento inesperado aciona o procedimento de reposicionamento, elevando a latência e reduzindo o throughput. HDDs de nível de data center têm proteção contra vibração, mas picos repentinos de alta pressão sonora ainda conseguem ultrapassar o limite de proteção.

CVE-2022-38392: caso de ressonância entre Janet Jackson《Rhythm Nation》e HDDs de 5400 RPM

O single《Rhythm Nation》lançado por Janet Jackson em 1989 foi descoberto por engenheiros da Microsoft: uma parte da música apresenta uma frequência de ressonância natural que coincide exatamente com a frequência de ressonância mecânica dos HDDs de notebook de 5400 RPM que eram comuns na época. Ao tocar essa música ao lado de alguns notebooks, é possível causar a falha e o travamento do HDD diretamente; não é apenas o computador que está tocando a música que pode ser afetado, mas também o outro notebook colocado ao lado. Em 2022, esse caso foi oficialmente incorporado como uma vulnerabilidade de segurança, com o número CVE-2022-38392, tornando-se um registro raro na história da segurança de softwares e hardwares em que uma canção pop é a causa do problema.

Contexto de implantação em produção de HDDs mecânicos em data centers de IA

SSD (disco de estado sólido, sem partes rotativas) é quase totalmente imune a ondas sonoras e vibrações, e sua penetração em data centers modernos aumentou bastante. Ainda assim, HDDs mecânicos continuam amplamente implantados em cenários de armazenamento frio devido ao custo e à vantagem de capacidade.

Os conjuntos de dados originais necessários para treinar IA costumam ter escala de dezenas a centenas de TB, e uma parcela significativa ainda fica em matrizes de discos mecânicos; portanto, “ondas sonoras fazendo o HDD reduzir a velocidade” não é apenas uma curiosidade histórica, mas sim um item de risco potencial da infraestrutura em uso.

Perguntas frequentes

Por que os HDDs são tão sensíveis a ondas sonoras?

De acordo com a explicação do artigo, as cabeças de leitura e escrita do HDD ficam suspensas sobre a superfície do disco a apenas alguns nanômetros de altura, e a tolerância física do sistema fica próxima de zero. As ondas sonoras se propagam pelo ar e pela estrutura do gabinete até o interior do HDD, gerando um pequeno deslocamento relativo entre a cabeça e o disco; qualquer desvio faz com que o procedimento de reposicionamento seja acionado, aumentando a latência. Isso é uma limitação estrutural dos discos rotativos mecânicos sob as leis da física, e não um defeito de projeto.

Como o CVE-2022-38392 se tornou uma vulnerabilidade de segurança formal?

Conforme o artigo, engenheiros da Microsoft identificaram que uma frequência específica da música《Rhythm Nation》 de Janet Jackson, lançada em 1989, coincide com a frequência de ressonância mecânica de HDDs de notebook de 5400 RPM; durante a reprodução, isso pode levar à falha do HDD. Como esse problema se enquadra na definição de vulnerabilidade de segurança (falha sistêmica que pode ser acionada por fatores externos), em 2022 ele foi oficialmente registrado no banco de dados de vulnerabilidades com o número CVE-2022-38392.

Ainda existe risco de HDDs mecânicos serem afetados por ondas sonoras em data centers de IA?

De acordo com o artigo, embora os SSDs sejam imunes a ondas sonoras, HDDs mecânicos continuam sendo usados em grande escala para armazenamento frio devido ao custo e à vantagem de capacidade, e há uma parcela considerável dos dados de treinamento de IA armazenada em matrizes de discos mecânicos. Assim, o fenômeno de ondas sonoras afetando HDDs permanece como um risco potencial da infraestrutura em uso, e não como um evento apenas histórico.