Тихо не значит медленно

В статье речь пойдет о технических решениях, применяемых компанией Arbyte для снижения акустического шума. В качестве примера рассматривается графическая станция Arbyte CAD WS400 — одна из трех станций модельного ряда, рекомендованных для наибольшего спектра программных пакетов САПР.

Недавно американские ученые обнаружили, что высокий уровень шума и громкие посторонние звуки на рабочем месте приводят к тому, что сотрудники начинают чаще ощущать дискомфорт и острую потребность в принятии пищи. Удовлетворение этой потребности ведет не только к дополнительным потерям рабочего времени (и, конечно, заметим, — к опустошению кошелька), но также способствует набору избыточного веса, что тоже негативно сказывается на продуктивности работы квалифицированного специалиста.

Над этим «открытием» американцев можно было бы и посмеяться (мол, нам бы их проблемы!), если бы вопрос негативных последствий повышенного акустического фона на рабочем месте не стоял так остро, причем во всем мире. Медицинские исследования подтверждают, что громкие звуки, которые превышают нормативы, отрицательно сказываются на центральной и вегетативной нерв­ных системах, артериальном давлении и деятельности многих внутренних органов. Научно доказано, что шумы даже относительно малой интенсивности неблагоприятно влияют на здоровье людей, заметно снижают производительность труда, в частности умственного. Под влиянием шума ухудшаются показатели переработки информации, уменьшается темп и снижается объем выполняемой работы, особенно при активной интеллектуальной деятельности.

Проблемы шумности оборудования стали особенно актуальны в последние годы, когда все чаще стали подниматься вопросы акустической гигиены. В связи с этим с некоторых пор во всем мире повышенное внимание стало уделяться мерам по борьбе с шумом, производимым разнообразной компьютерной техникой, в том числе персональными компьютерами, рабочими станциями и небольшими серверами. Это актуально как при корпоративном использовании, где множество компьютеров, установленных в общем зале (например, в офисе), вместе могут создавать шум, по уровню сопоставимый с шумом автомагистрали, так и для локального и домашнего применения, когда акустическая атмосфера очень требовательна к отсутствию посторонних звуков.

Ряд зарубежных компаний (например, сделавшая себе на этом мировое имя корейская Zalman) уже предлагает комплекс мер по уменьшению шумов компьютеров и даже готовые системы со сниженным уровнем акустического шума. Однако, как правило, специализированные малошумящие компьютерные компоненты обходятся заказчикам существенно дороже, чем обычные, что порой вынуждает их пренебречь комфортом (и продуктивностью работы) в угоду сиюминутной экономии материальных средств. Между тем при тщательном подходе к выбору компонентов и к проектированию системных блоков компьютеров оказывается возможным в разумных пределах минимизировать издаваемый ими акустический шум, практически не увеличивая при этом их себестоимость.

Компания Arbyte предлагает заказчикам три варианта рабочей станции Arbyte CAD WS400 — с процессорами Pentium 4 3,0; 3,2 и 3,4 ГГц. В настоящее время они поставляются с процессорами на 0,13-микронном ядре Northwood (кэш-память второго уровня объ­емом 512 Кбайт). Кроме того, возможны поставки и с более современными 90-нанометровыми процессорами на ядре Prescott (кэш-память второго уровня объемом 1 Мбайт, набор инструкций SSE3), так как конфигурация системного блока позволяет установку этих процессоров без каких-либо переделок, даже несмотря на их более высокое тепловыделение. Некоторые тестирования показывают, что именно в ряде профессиональных CAD-пакетов самых последних версий (или при использовании патчей для более старых версий) системы с Prescott показывают более высокую производительность, чем системы на Northwood, хотя в офисном и игровом быстродействии ситуация пока противоположная.

Дисковая подсистема WS400 в типовой конфигурации состоит из двух винчестеров Seagate Barracuda 7200.7 с интерфейсом Serial ATA, объединенных в RAID-массив (по желанию заказчика емкость жестких дисков может быть увеличена). В тех случаях, когда стоимость потери конструкторских данных заказчика значительна, массив конфигурируется как зеркало (RAID уровня 1). Если же используется хранение этих данных на внешнем сервере заказчика, а от локальной рабочей станции требуется повышенное быстродействие и емкость дисковой подсистемы, то массив конфигурируется как страйп (RAID уровня 0), вследствие чего емкость массива (а также линейная скорость чтения/записи) удваивается по сравнению с одиночным диском или зеркальным массивом.

В базовом варианте в рабочую станцию устанавливается оптический привод CD-ROM без возможности записи, поскольку практически во всех конструкторских бюро существуют жесткие требования по безопасности: пишущие устройства там недопустимы. То же самое касается ввода/вывода звука. Тем не менее по желанию заказчика в рабочие станции серии WS400 можно установить не только качественную звуковую карту (предлагаются варианты Creative SB Audigy Player или Creative SB Live Player 5.1 Analog/SPDIF), но и комбопривод (DVD+CD/RW) или даже двухстандартный пишущий привод DVD+RW.

Технических решений, способствующих снижению общего уровня акустического шума в работе, несколько.

Во-первых, это блок питания Arbyte (350 Вт), произведенный по спецзаказу компанией FSP Group, Inc. с большим 12-сантиметровым тихоходным вентилятором и системой Noise Killer, что дополнительно снижает обороты вентилятора при допустимом нагреве внутренних компонентов. Как показали наши испытания, при активной работе рабочей станции WS400 этот блок питания — один из наименее шумящих компонентов, содержащих движущиеся части.

Во-вторых, это вентилятор системы охлаждения процессора с увеличенным диаметром и пониженной скоростью вращения (около 2400 об./мин в штатном режиме), а благодаря специальной конструкции полностью алюминиевого радиатора, на который он устанавливается, даже на таких оборотах вентилятор прекрасно справляется с охлаждением самых современных процессоров Intel Pentium 4 (в том числе и на ядре Prescott). Этому также способствует специальный патрубок, при помощи которого воздух для охлаждения процессора всасывается снаружи корпуса непо­средственно через отверстия в боковой стенке системного блока. Малый уровень шума вентилятора обусловлен не только низкими оборотами, но и использованием специальных подшипников из полированной керамики вместо традиционных шариковых или латунных. К тому же керамические подшипники обладают необычайно большим сроком эксплуатации — более 300 тыс. ч (для сравнения: типичные шариковые подшипники имеют наработку на отказ 50-70 тыс. ч), и это дополнительно повышает надежность и долговечность рабочей станции.

В-третьих, аналогичные вентиляторы на керамических подшипниках могут применяться для дополнительного охлаждения компонентов системного блока, если предполагается работа графической станции в температурных режимах, отличных от нормальных (при температурах окружающей среды выше 24 °С). В станции WS400 таких вентиляторов два — один выдувающий на задней панели ( 12 см , 1100-1500 об./мин), рядом с процессором и чипсетом, а второй всасывающий на передней панели ( 8 см , 2200-2500 об./мин); прямым потоком воздуха охлаждаются оба жестких диска, которые для лучшего обдува установлены на расстоянии около 6 см друг от друга.

В-четвертых, одним из ключевых нешумящих компонентов рабочей станции WS400 является профессиональный графический ускоритель NVIDIA Quadro FX700 с 128 Мбайт памяти и шиной AGP 8х. Эта видеокарта с пассивным охлаждением (то есть она не оснащена никакими вентиляторами, а имеет только не очень массивный «одноэтажный» радиатор на графическом кристалле) выпускается компанией PNY Technologies и использует референс­ную печатную плату от NVIDIA, которая имеет цифровой и аналоговый выходы на мониторы, а вся память (без радиаторов) расположена на лицевой поверхности платы и работает (судя по программе PowerStrip) на частоте 550 МГц (ядро на 275 МГц). Плата требует подвода дополнительного питания (от блока питания через винчестерный коннектор питания) и в работе, разумеется, абсолютно бесшумна.

И наконец, среди других средств для снижения шума системного блока WS400 можно отметить корпус с толстыми металлическими стенками, дополнительно гасящими высокочастотные звуки, и малошумящие винчестеры (одни из самых малошумящих в отрасли, согласно независимым акустическим измерениям, см. www.terralab.ru/storage/30066), к тому же установленные на виброгасящих резиновых прокладках, а также использование автоматической регулировки скорости вращения системных вентиляторов в зависимости от температуры материнской платы (устанавливается в меню BIOS Setup платы Intel). Вместе с тонкими кабелями SerialATA, улучшающими воздухоток в нижней части корпуса (по сравнению с обычными плоскими IDE-шлейфами), эта авторегулировка очень заметно снижает шум блока во время невысокой загрузки процессора или в моменты кратких эпизодических нагрузок, то есть именно тогда, когда это и требуется.

Вышеперечисленные решения в целом позволяют существенно снизить шум рабочей станции CAD WS400 по сравнению с ее типичными аналогами, не использующими специальных акустических оптимизаций, практически не повышая при этом ее конечную стоимость. Эти блоки не дороже традиционных ПК подобных конфигураций и производительности и малошумны — на уровне специализированных дорогих систем ведущих мировых производителей.

Данные технические решения уже применяются с конца весны этого года. Компания выпустила уже несколько новых продуктов, оптимизированных для снижения шума, — это и корпоративные малогабаритные ПК серии Forte, новые серверы начального уровня Alkazar S100 для рабочих групп и малого бизнеса, и ряд других систем.

Специальные акустические измерения, проводимые по стандартизованным методикам в Испытательной лаборатории акустического и вибрационного контроля физического факультета МГУ, показали, что шумовые характеристики системных блоков серии WS400 соответствуют требованиям ГОСТ 26329-84 «Система стандартов безопасности труда» (максимально допустимый уровень издаваемого системой шума составляет 50 дБА), их средний уровень звука не превышает 35 дБА при отсутствии тональных составляющих, в то время как рекомендуемый уровень шума при умственной нагрузке не должен превышать 40 дБА (ГОСТ 12.1.003-83 «ССБТ. Шум. Общие требования безопасности», приложение 2).

Таким образом, использование рабочих станций серии CAD WS400 позволит компаниям не только сэкономить средства, но и повысить производительность труда своих сотрудников и сохранить их здоровье посредством соблюдения норм акустической гигиены.

«САПР и графика» 8'2004