S rýchlym rozvojom digitálnej ekonomiky exponenciálne rastie dopyt po výpočtovom výkone v dátových centrách a prekážka v odvode tepla tradičných vzduchom-chladených serverov je čoraz významnejšia v scenároch s vysokou-hustotou výpočtovej techniky. Technológia chladenia kvapalinou sa stala dôležitým smerom vývoja riešení chladenia dátových centier s vyššou účinnosťou odvádzania tepla a nižšou spotrebou energie. V základnej architektúre kvapalinou chladených serverov sú kľúčové-prepojovacie dosky s vysokou hustotou. Nielenže prenášajú úlohy efektívneho prenosu signálov a energie, ale spolupracujú aj so systémom chladenia kvapalinou, aby podporili stabilnú prevádzku a uvoľnenie výkonu serverov.
1, Prepojovacia doska s vysokou hustotou: „jadro pripojenia“ kvapalinou chladených serverov
Hlavnou požiadavkou kvapalinou chladených serverov je dosiahnuť vyššiu hustotu výpočtového výkonu v obmedzenom priestore, čo kladie prísne požiadavky na integráciu a efektivitu pripojenia interných komponentov. Prepojovacia doska s vysokou-hustotou serverov chladených kvapalinou slúži ako nosič spojenia medzi rôznymi základnými komponentmi servera, ako sú CPU, GPU, pamäť, úložné moduly a moduly chladenia kvapalinou. Jeho základná hodnota spočíva v prelomení priestorových obmedzení tradičných metód prepojenia prostredníctvom optimalizovaného dizajnu kabeláže a kompaktného konštrukčného usporiadania, čím sa dosahujú prenosové ciele „malý objem, veľká šírka pásma a nízke straty“.
V porovnaní s prepojovacími komponentmi tradičných serverov má prepojovacia doska s vysokou{0}}hustotou určená pre kvapalinou chladené servery obzvlášť výraznú výhodu v „hustote“. Na jednej strane môže integrovať viac signálových rozhraní a napájacích kanálov na jednotku plochy, ako je napríklad jedna prepojovacia doska, ktorá môže súčasne podporovať interakciu signálu medzi viacerými-výkonnými procesormi, ako aj presné prideľovanie viacerých zdrojov napájania, čím sa zabráni redundancii pripojenia spôsobenej rozptylom komponentov; Na druhej strane je jeho prepojovacia vzdialenosť kratšia, čo môže účinne znížiť oneskorenie a útlm pri prenose signálu, čím poskytuje stabilnú „garanciu signálu“ pre vysoko-rýchlostné výpočty serverov. V kvapalinových chladiacich systémoch musí byť prepojovacia doska tiež priestorovo kompatibilná s chladiacimi komponentmi, ako sú chladiace platne a potrubia. Je potrebné zabezpečiť, aby nebránilo cirkulačnej dráhe chladiva a napomáhať rozptylu tepla prostredníctvom rozumného usporiadania, aby sa zabránilo vplyvu lokálnej akumulácie tepla na výkon prenosu.
2, Kľúčová vlastnosť: „hardcore schopnosť“ prispôsobená scenárom chladenia kvapalinou
Pracovné prostredie kvapalinou chladených serverov sa výrazne líši od tradičných vzduchom-chladených serverov, pretože prichádzajú do tesného kontaktu s chladivom na dlhú dobu a musia odolávať teplotnému tlaku spôsobenému vyššou hustotou výpočtového výkonu. Preto má prepojovacia doska s vysokou{2}}hustotou kvapalinou chladených serverov niekoľko kľúčových charakteristík, ktoré sú vhodné pre scenáre chladenia kvapalinou:
Po prvé, má vynikajúcu odolnosť voči vysokým teplotám a izolačné vlastnosti. Počas prevádzky kvapalinou chladených serverov môže teplota v určitých oblastiach dosiahnuť vysokú úroveň a prítomnosť chladiacej kvapaliny kladie vyššie požiadavky na izoláciu prepojovacích dosiek. Prepojovacie dosky s vysokou hustotou pre kvapalinou chladené servery zvyčajne používajú vysoko{2}}výkonné substráty a izolačné nátery, ktoré dokážu udržať stabilnú fyzickú štruktúru a elektrický výkon v prostrediach s vysokou teplotou a účinne izolovať chladiacu kvapalinu od vnútorných obvodov, čím sa zabráni bezpečnostným rizikám, ako sú skraty.
Po druhé, vysoká spoľahlivosť a antivibračná schopnosť. Prevádzka vodných čerpadiel a každodenná údržba serverov v kvapalinových chladiacich systémoch môže generovať určité vibrácie a prepojovacia doska ako hlavný spojovací prvok priamo ovplyvňuje celkovú prevádzku servera z hľadiska stability pripojenia. Tento typ prepojovacej dosky môže prostredníctvom optimalizovanej technológie balenia a konštrukcie výstuže účinne odolávať vplyvu vibrácií, zabezpečiť pevnosť spojov rozhrania a znížiť riziko zlého kontaktu a iných porúch spôsobených vibráciami.
Okrem toho je jednou z jeho dôležitých vlastností aj schopnosť efektívneho odvádzania tepla. Hoci systémy kvapalného chladenia zohrávajú hlavnú úlohu pri rozptyle tepla, samotné prepojovacie dosky s vysokou{1}}hustotou vytvárajú určité množstvo tepla pri prenose signálov a elektriny. Niektoré-prepojovacie dosky s vysokou hustotou pre kvapalinou chladené servery budú využívať špeciálne konštrukčné návrhy, ako sú vyhradené kanály na odvádzanie tepla a materiály s dobrou tepelnou vodivosťou, na prenos tepla, ktoré samy vytvárajú, do systému chladenia kvapalinou, čím sa ďalej zlepší celková účinnosť odvádzania tepla serverov.
3, Scenár aplikácie: Podpora upgradu potreby výpočtového výkonu vo viacerých oblastiach
S rýchlym rozvojom technológií ako 5G, umelá inteligencia, veľké dáta a cloud computing neustále rastie dopyt po výpočtovom výkone v rôznych odvetviach. Kvapalinou chladené servery sa široko používajú vo viacerých scenároch s vysokou výpočtovou hustotou a v týchto scenároch zohráva dôležitú úlohu aj prepojovacia doska s vysokou{2}}hustotou kvapalinou chladených serverov, ktorá je hlavnou súčasťou kvapalinou chladených serverov.
V scenároch školenia a vyvodzovania umelej inteligencie sú servery AI zvyčajne vybavené viacerými-výkonnými GPU s extrémne vysokou hustotou výpočtového výkonu a urgentnými požiadavkami na chladenie. Prepojovacie dosky s vysokou hustotou môžu dosiahnuť vysokorýchlostné{2}}prepojenie signálov medzi viacerými GPU, CPU a pamäťou, čo podporuje miliardy výpočtových úloh za sekundu. Zároveň spolupracujú so systémami kvapalného chladenia, aby zabezpečili, že GPU bežia v prostredí so stabilnou teplotou, čím sa zabráni degradácii výpočtového výkonu alebo poškodeniu hardvéru spôsobenému vysokými teplotami.
V scenároch dátových centier cloud computingu vyžadujú veľké-klastre serverov efektívne plánovanie zdrojov a možnosti prenosu údajov. Kvapalinou chladené servery sa stali dôležitou voľbou pre dátové centrá cloud computingu kvôli ich výhodám nízkej spotreby energie a vysokej účinnosti odvodu tepla. Prepojovacia doska s vysokou-hustotou je zodpovedná za prepojenie interných komponentov servera s externými sieťami a úložnými zariadeniami. Vďaka vysokej šírke pásma a nízkej latencii prenosového výkonu zlepšuje celkovú prevádzkovú efektivitu dátového centra a spĺňa potreby rýchleho spracovania a prenosu masívnych dát v scenároch cloud computingu.
Vo vysoko{0}}výkonných výpočtových scenároch, ako je predpoveď počasia, letecká simulácia, biofarmaceutiká atď., musia mať servery silné paralelné výpočtové schopnosti a hustota výpočtového výkonu jedného servera ďaleko prevyšuje bežné scenáre. Prepojovacie dosky s vysokou hustotou môžu poskytovať efektívnu podporu prepojenia pre viaceré procesory, akceleračné karty a ďalšie komponenty v serveroch HPC, pričom zaisťujú spoluprácu medzi komponentmi a zároveň sa prispôsobujú požiadavkám na odvod tepla systémov chladenia kvapalinou, čím poskytujú záruky stabilného fungovania vysoko-výkonných výpočtových úloh.
4, Opatrenia pri odbere vzoriek: kľúčové kroky na zabezpečenie výkonu a prispôsobivosti produktu
Vzorkovanie prepojovacích dosiek s vysokou{0}}hustotou pre servery chladené kvapalinou je hlavnou fázou prechodu od návrhu k hromadnej výrobe, ktorá priamo ovplyvňuje, či sa produkt dokáže prispôsobiť scenárom chladenia kvapalinou a či spĺňa požiadavky na výkon. Počas procesu vzorkovania je dôležité venovať veľkú pozornosť nasledujúcim preventívnym opatreniam, aby ste sa vyhli potenciálnym produkčným rizikám alebo nesúladu výkonu-spôsobeného prehliadnutými detailmi:
(1) Pred odberom vzoriek: Ujasnite si požiadavky a výber materiálu
Pred vzorkovaním je potrebné plne zosúladiť požiadavky s dizajnérskym tímom a následnými predajcami serverov, najmä pre špeciálne požiadavky scenárov chladenia kvapalinou. Na jednej strane je potrebné objasniť ukazovatele elektrického výkonu prepojovacej dosky, ako je šírka pásma prenosu, prahová hodnota útlmu signálu, presnosť distribúcie energie atď., aby sa zabezpečilo, že vzorky produktov budú zodpovedať požiadavkám na prenos výpočtového výkonu servera; Na druhej strane je potrebné zamerať sa na potvrdenie požiadaviek na prispôsobivosť prostredia v prostrediach chladených kvapalinou, ako je rozsah prevádzkových teplôt, kompatibilita chladiacej kvapaliny a úroveň vibrácií atď., aby sa predišlo odchýlkam pri odbere vzoriek spôsobených nejasnými požiadavkami.
Výber materiálu je základom úspešného odberu vzoriek a prioritou by malo byť prispôsobenie sa charakteristikám scenárov chladenia kvapalín. Substrát by mal byť vybraný z materiálov odolných voči vysokej teplote a s nízkou dielektrickou stratou, aby sa zabezpečil stabilný elektrický výkon aj vo vysokoteplotnom prostredí kvapalinou chladených serverov; Izolačný náter by mal byť typu, ktorý je odolný voči korózii chladiacej kvapaliny a má vysokú izolačnú pevnosť, aby sa zabránilo prenikaniu chladiacej kvapaliny spôsobujúcej skraty v okruhu; Pre oblasti, ktoré vyžadujú pomocný odvod tepla, možno na zlepšenie účinnosti prenosu tepla použiť kovové substráty alebo tepelne vodivé lepidlá s vysokou tepelnou vodivosťou. Materiály musia zároveň vyhovovať priemyselným environmentálnym normám, aby sa zabránilo ovplyvneniu vnútorného prostredia servera v dôsledku uvoľňovania škodlivých látok.
(2) Proces odberu vzoriek: prísna kontrola presnosti procesu a rozmerov
Riadenie procesu priamo určuje stabilitu výkonu prepojovacích dosiek a osobitnú pozornosť treba venovať-procesom zapojenia, vŕtania a spájkovania s vysokou hustotou. Pri použití vodičov s vysokou{2}}hustotou musia byť šírka a rozstup vedenia striktne v súlade s požiadavkami návrhu, aby sa predišlo nedostatočnej prúdovej zaťažiteľnosti v dôsledku tenkej šírky vedenia alebo presluchu signálu spôsobenému malým rozstupom medzi vedeniami. Počas procesu vŕtania je potrebné prísne kontrolovať toleranciu otvoru a presnosť polohy otvoru, najmä pre polohovacie otvory, ktoré sú spojené s kvapalinou chladenými komponentmi, aby sa predišlo tomu, že prepojovacia doska nebude môcť byť presne zostavená so studenou doskou a potrubím v dôsledku odchýlky polohy otvoru; Proces zvárania vyžaduje bezolovnatú zváraciu technológiu-a teplotu a čas zvárania je potrebné upraviť podľa typu súčiastky, aby sa predišlo poškodeniu substrátu alebo súčiastky v dôsledku vysokej teploty. Zároveň zaistite, aby boli spájkované spoje plné a bez virtuálneho spájkovania a zlepšili spoľahlivosť spojenia.
Presnosť rozmerov je kľúčom k prispôsobeniu prepojovacích dosiek priestoru kvapalinou chladených serverov a je potrebná prísna kontrola celkových rozmerov a miestnych konštrukčných tolerancií. Vzhľadom na kompaktný vnútorný priestor kvapalinou chladeného servera je potrebné zabezpečiť, aby veľkosť prepojovacej dosky zodpovedala inštalačnému priestoru, aby sa predišlo zlyhaniu inštalácie alebo uvoľneniu spôsobenému nesprávnou veľkosťou; Pre časti rozhrania, ktoré sú prepojené s inými komponentmi, ako sú sloty CPU a pamäťové rozhrania, je potrebné zabezpečiť, aby veľkosť rozhrania a medzera medzi komponentmi spĺňali normy, aby sa predišlo zlému kontaktu alebo ťažkostiam s inštaláciou spôsobenými problémami s medzerami. Okrem toho je potrebné skontrolovať rovinnosť prepojovacej dosky, aby sa predišlo nesprávnemu spojeniu s kvapalinou chladenými komponentmi v dôsledku deformácie, ktorá môže ovplyvniť efekt rozptylu tepla.
(3) Po odbere vzoriek: komplexné testovanie a overenie scenára
Po dokončení vzorky sa vyžaduje komplexné testovanie výkonu a overenie scenára, aby sa zabezpečilo, že produkt spĺňa požiadavky. Testovanie elektrického výkonu by malo zahŕňať integritu signálu, integritu napájania a izolačný výkon: testovanie integrity signálu môže merať stratu prenosu a stratu návratu prostredníctvom sieťového analyzátora, aby sa zabezpečilo, že útlm signálu spĺňa požiadavky v rámci projektovanej šírky pásma; Testovanie integrity napájania vyžaduje meranie zvlnenia napätia a šumu, aby sa zabezpečila stabilná distribúcia energie; Testovanie izolačného výkonu vyžaduje použitie menovitého napätia cez tester napätia na testovanie izolačného odporu a odolnosti hodnôt napätia, aby sa predišlo zlyhaniu izolácie.
Testovanie prispôsobivosti prostredia vyžaduje simuláciu skutočného pracovného scenára kvapalinou chladených serverov vrátane testovania-starnutia pri vysokej teplote, testovania ponorením do chladiacej kvapaliny a testovania vibrácií. Testovanie starnutia pri vysokej teplote môže nepretržite testovať prepojovaciu dosku v prostredí s vysokou-teplotou a vysokou vlhkosťou, pozorovať zmeny v jej elektrickom výkone a overiť jej schopnosť odolávať vysokým teplotám a vysokej vlhkosti. Test ponorenia chladiacej kvapaliny vyžaduje ponorenie prepojovacej dosky do bežne používanej chladiacej kvapaliny pre servery a po nepretržitom testovaní kontrolu vzhľadu a izolačného výkonu, aby sa zaistilo, že nedochádza k korózii alebo prieniku; Vibračný test by sa mal vykonať podľa noriem úrovne vibrácií servera. Po skúške skontrolujte, či sú spájkované spoje a rozhrania uvoľnené a overte antivibračné schopnosti.
Okrem toho je potrebné vykonať overenie kompatibility zostavy skutočným zostavením vzorkovanej prepojovacej dosky s komponentmi chladenými kvapalinou a komponentmi jadra servera, pričom sa skontroluje, či je zostava hladká a či sú rozhrania v dobrom kontakte. Súčasne by sa mal otestovať účinok rozptylu tepla v zmontovanom stave. Rozloženie teploty prepojovacej dosky by sa malo merať infračervenou termokamerou, aby sa zabezpečilo, že teplota hotspotu nepresiahne návrhový prah. Do následného štádia sériovej výroby môžu vstúpiť iba prototypové produkty, ktoré prešli všetkými testami a validáciami.
V procese presadzovania transformácie dátových centier smerom k vysokej{0}}hustite, vysokej{1}}účinnosti a nízkej{2}}spotrebe energie prostredníctvom kvapalinou chladených serverov slúži prepojovacia doska s vysokou{3}}hustotou kvapalinou chladených serverov ako hlavný komponent pripojenia a jej výkon a kvalita priamo ovplyvňuje prevádzkovú efektívnosť a spoľahlivosť kvapalinou chladených serverov. Vedecký a prísny proces odberu vzoriek je kľúčom k zaisteniu toho, že prepojovacie dosky s vysokou{5}}hustotou sú vhodné pre scenáre chladenia kvapalinou a spĺňajú požiadavky na výkon.