Con il rapido sviluppo dell'economia digitale, la domanda di potenza di calcolo nei data center sta crescendo in modo esponenziale e il collo di bottiglia nella dissipazione del calore dei server tradizionali-raffreddati ad aria sta diventando sempre più evidente negli scenari di calcolo ad alta-densità. La tecnologia di raffreddamento a liquido è diventata un'importante direzione di sviluppo per le soluzioni di raffreddamento dei data center con maggiore efficienza di dissipazione del calore e minore consumo energetico. Nell'architettura principale dei server raffreddati a liquido, le schede di interconnessione ad alta-densità sono cruciali. Non solo svolgono compiti di trasmissione efficienti di segnali e potenza, ma collaborano anche con il sistema di raffreddamento a liquido per supportare il funzionamento stabile e il rilascio delle prestazioni dei server.
1, scheda di interconnessione ad alta densità: il "nucleo di connessione" dei server raffreddati a liquido
La richiesta principale dei server raffreddati a liquido è quella di ottenere una maggiore densità di potenza di calcolo in uno spazio limitato, il che impone requisiti severi all'integrazione e all'efficienza della connessione dei componenti interni. La scheda di interconnessione ad alta-densità dei server raffreddati a liquido funge da vettore di connessione tra i vari componenti principali all'interno del server, come CPU, GPU, memoria, moduli di archiviazione e moduli di raffreddamento a liquido. Il suo valore fondamentale risiede nell'infrangere le limitazioni spaziali dei tradizionali metodi di interconnessione attraverso una progettazione del cablaggio ottimizzata e un layout strutturale compatto, raggiungendo gli obiettivi di trasmissione di "piccolo volume, elevata larghezza di banda e basse perdite".
Rispetto ai componenti di interconnessione dei server tradizionali, la scheda di interconnessione ad alta-densità dedicata ai server raffreddati a liquido presenta un vantaggio particolarmente evidente in termini di "densità". Da un lato, può integrare più interfacce di segnale e canali di alimentazione per unità di area, come una singola scheda di interconnessione in grado di supportare simultaneamente l'interazione del segnale tra più processori ad alte-prestazioni, nonché l'allocazione precisa di più alimentatori, evitando la ridondanza di connessione causata dalla dispersione dei componenti; D'altro canto, la sua distanza di interconnessione è più breve, il che può ridurre efficacemente il ritardo e l'attenuazione durante la trasmissione del segnale, fornendo una "garanzia di segnale" stabile per l'elaborazione ad alta-velocità dei server. Nei sistemi di raffreddamento a liquido, la scheda di interconnessione deve anche essere compatibile spazialmente con i componenti di raffreddamento come piastre fredde e tubazioni. È necessario garantire che non ostruisca il percorso di circolazione del liquido di raffreddamento e favorire la dissipazione del calore attraverso una disposizione ragionevole per evitare l'impatto dell'accumulo di calore locale sulle prestazioni di trasmissione.
2, caratteristica fondamentale: "capacità hardcore" adattata agli scenari di raffreddamento a liquido
L'ambiente di lavoro dei server raffreddati a liquido è significativamente diverso dai tradizionali server raffreddati ad aria- poiché entrano in stretto contatto con il refrigerante per lungo tempo e devono resistere alla pressione della temperatura causata dalla maggiore densità di potenza di calcolo. Pertanto, la scheda di interconnessione ad alta-densità dei server raffreddati a liquido presenta una serie di caratteristiche chiave adatte agli scenari di raffreddamento a liquido:
Innanzitutto, ha un'eccellente resistenza alle alte temperature e prestazioni di isolamento. Durante il funzionamento dei server raffreddati a liquido, la temperatura in alcune aree può raggiungere livelli elevati e la presenza di refrigerante pone requisiti più elevati per l'isolamento delle schede di interconnessione. Le schede di interconnessione ad alta densità per server raffreddati a liquido utilizzano solitamente substrati e rivestimenti isolanti ad alte-prestazioni, che possono mantenere la struttura fisica e le prestazioni elettriche stabili in ambienti ad alta temperatura e isolare efficacemente il refrigerante dai circuiti interni, evitando rischi per la sicurezza come i cortocircuiti.
In secondo luogo, elevata affidabilità e capacità antivibrante. Il funzionamento delle pompe dell'acqua e la manutenzione quotidiana dei server nei sistemi di raffreddamento a liquido possono generare determinate vibrazioni e la scheda di interconnessione, in quanto componente di collegamento principale, influisce direttamente sul funzionamento complessivo del server in termini di stabilità della connessione. Questo tipo di scheda di interconnessione, attraverso una tecnologia di packaging ottimizzata e un design di rinforzo, può resistere efficacemente all'impatto delle vibrazioni, garantire la stabilità delle connessioni di interfaccia e ridurre il rischio di scarso contatto e altri guasti causati dalle vibrazioni.
Inoltre, anche un'efficiente capacità di assistenza alla dissipazione del calore è una delle sue caratteristiche importanti. Sebbene i sistemi di raffreddamento a liquido svolgano un ruolo importante nella dissipazione del calore, anche le schede di interconnessione ad alta-densità generano una certa quantità di calore durante la trasmissione di segnali ed elettricità. Alcune schede di interconnessione ad alta-densità per server raffreddati a liquido utilizzeranno design strutturali speciali, come canali di dissipazione del calore riservati e materiali con buona conduttività termica, per trasferire il calore generato dalle stesse al sistema di raffreddamento a liquido, migliorando ulteriormente l'efficienza complessiva di dissipazione del calore dei server.
3, Scenario applicativo: supportare l'aggiornamento della domanda di potenza di calcolo in più campi
Con il rapido sviluppo di tecnologie come 5G, intelligenza artificiale, big data e cloud computing, la domanda di potenza di calcolo in vari settori è in costante aumento. I server raffreddati a liquido sono ampiamente utilizzati in molteplici scenari ad alta densità di elaborazione e anche la scheda di interconnessione ad alta-densità dei server raffreddati a liquido, in quanto componente principale dei server raffreddati a liquido, svolge un ruolo importante in questi scenari
Negli scenari di addestramento e inferenza dell'intelligenza artificiale, i server AI sono generalmente dotati di più GPU ad alte-prestazioni, con densità di potenza di calcolo estremamente elevata e requisiti di raffreddamento urgenti. Le schede di interconnessione ad alta densità possono raggiungere un'interconnessione del segnale ad alta-velocità tra più GPU, CPU e memoria, supportando miliardi di attività di elaborazione al secondo. Allo stesso tempo, collaborano con i sistemi di raffreddamento a liquido per garantire che le GPU funzionino in un ambiente con temperatura stabile, evitando il degrado della potenza di calcolo o danni all'hardware causati dalle alte temperature.
Negli scenari dei data center di cloud computing, i cluster di server su larga-scala richiedono funzionalità efficienti di pianificazione delle risorse e di trasmissione dei dati. I server raffreddati a liquido sono diventati una scelta importante per i data center del cloud computing grazie ai vantaggi del basso consumo energetico e dell'elevata efficienza di dissipazione del calore. La scheda di interconnessione ad alta-densità è responsabile della connessione dei componenti interni del server con reti esterne e dispositivi di archiviazione. Grazie all'elevata larghezza di banda e alle prestazioni di trasmissione a bassa latenza, migliora l'efficienza operativa complessiva del data center e soddisfa le esigenze di elaborazione e trasmissione rapida di grandi quantità di dati negli scenari di cloud computing.
Negli scenari di calcolo ad alte- prestazioni come le previsioni meteorologiche, la simulazione aerospaziale, i prodotti biofarmaceutici e così via, i server devono avere potenti capacità di calcolo parallelo e la densità di potenza di calcolo di un singolo server supera di gran lunga quella degli scenari ordinari. Le schede di interconnessione ad alta densità possono fornire un supporto di interconnessione efficiente per più processori, schede di accelerazione e altri componenti nei server HPC, garantendo il lavoro collaborativo tra i componenti e adattandosi al tempo stesso ai requisiti di dissipazione del calore dei sistemi di raffreddamento a liquido, fornendo garanzie per il funzionamento stabile delle attività di elaborazione ad alte-prestazioni.
4, Precauzioni per il campionamento: passaggi chiave per garantire le prestazioni e l'adattabilità del prodotto
Il campionamento delle schede di interconnessione ad alta-densità per server raffreddati a liquido è la fase fondamentale di transizione dalla progettazione alla produzione di massa, che influisce direttamente sulla capacità del prodotto di adattarsi agli scenari di raffreddamento a liquido e di soddisfare i requisiti prestazionali. Durante il processo di campionamento, è importante prestare molta attenzione alle seguenti precauzioni per evitare potenziali rischi di produzione o non conformità delle prestazioni causati da dettagli trascurati:
(1) Prima del campionamento: chiarire i requisiti e la selezione dei materiali
Prima del campionamento, è necessario allineare completamente i requisiti con il team di progettazione e i fornitori di server a valle, in particolare per i requisiti speciali degli scenari di raffreddamento a liquido. Da un lato, è necessario chiarire gli indicatori di prestazione elettrica della scheda di interconnessione, come larghezza di banda di trasmissione, soglia di attenuazione del segnale, precisione di distribuzione della potenza, ecc., per garantire che i prodotti campionati possano soddisfare i requisiti di trasmissione della potenza di calcolo del server; D'altro canto, è necessario concentrarsi sulla conferma dei requisiti di adattabilità ambientale negli ambienti raffreddati a liquido, come l'intervallo di temperatura operativa, la compatibilità del refrigerante e il livello antivibrante, ecc., per evitare deviazioni di campionamento causate da requisiti poco chiari.
La selezione dei materiali è la base per un campionamento di successo e la priorità dovrebbe essere data all'adattamento alle caratteristiche degli scenari di raffreddamento a liquido. Il substrato deve essere selezionato tra materiali resistenti alle alte temperature e a bassa perdita dielettrica per garantire prestazioni elettriche stabili anche nell'ambiente ad alta temperatura dei server raffreddati a liquido; Il rivestimento isolante deve essere di tipo resistente alla corrosione del liquido refrigerante e dotato di un'elevata resistenza isolante per evitare che la penetrazione del liquido refrigerante causi cortocircuiti; Per le aree che richiedono una dissipazione ausiliaria del calore, è possibile utilizzare substrati metallici o adesivi termoconduttivi con elevata conduttività termica per migliorare l'efficienza del trasferimento di calore. Allo stesso tempo, i materiali devono essere conformi agli standard ambientali del settore per evitare di compromettere l'ambiente interno del server a causa del rilascio di sostanze nocive.
(2) Processo di campionamento: controllo rigoroso del processo e dell'accuratezza dimensionale
Il controllo del processo determina direttamente la stabilità delle prestazioni delle schede di interconnessione e particolare attenzione dovrebbe essere prestata ai processi di cablaggio, perforazione e saldatura ad alta-densità. Quando si utilizzano cavi ad alta-densità, la larghezza e la spaziatura della linea devono seguire rigorosamente i requisiti di progettazione per evitare una capacità di trasporto di corrente insufficiente a causa della larghezza della linea sottile o della diafonia del segnale causata da una spaziatura ravvicinata delle linee; Durante il processo di perforazione, è necessario controllare rigorosamente la tolleranza dell'apertura e la precisione della posizione dei fori, in particolare per i fori di posizionamento collegati ai componenti raffreddati a liquido, per evitare che la scheda di interconnessione non possa essere assemblata accuratamente con la piastra fredda e le tubazioni a causa della deviazione della posizione del foro; Il processo di saldatura richiede una tecnologia di saldatura senza piombo-e la temperatura e il tempo di saldatura devono essere regolati in base al tipo di componente per evitare di danneggiare il substrato o il componente a causa dell'elevata temperatura. Allo stesso tempo, assicurarsi che i giunti di saldatura siano pieni e privi di saldature virtuali e migliorare l'affidabilità della connessione.
L'accuratezza dimensionale è la chiave per adattare le schede di interconnessione allo spazio dei server raffreddati a liquido ed è richiesto un controllo rigoroso delle dimensioni complessive e delle tolleranze strutturali locali. A causa dello spazio interno compatto del server raffreddato a liquido, è necessario garantire che le dimensioni della scheda di interconnessione corrispondano allo spazio di installazione per evitare errori di installazione o allentamenti causati da dimensioni inadeguate; Per le parti dell'interfaccia che si interfacciano con altri componenti, come gli slot della CPU e le interfacce di memoria, è necessario garantire che le dimensioni dell'interfaccia e lo spazio di adattamento dei componenti soddisfino gli standard per evitare contatti scadenti o difficoltà di installazione causate da problemi di spazio. Inoltre, è necessario verificare la planarità della scheda di interconnessione per evitare un collegamento improprio con componenti raffreddati a liquido a causa di deformazioni, che potrebbero influire sull'effetto di dissipazione del calore.
(3) Dopo il campionamento: test approfonditi e verifica dello scenario
Una volta completato il campione, sono necessari test completi delle prestazioni e verifica dello scenario per garantire che il prodotto soddisfi i requisiti. I test sulle prestazioni elettriche dovrebbero coprire l'integrità del segnale, l'integrità dell'alimentazione e le prestazioni di isolamento: i test sull'integrità del segnale possono misurare la perdita di trasmissione e la perdita di ritorno attraverso un analizzatore di rete per garantire che l'attenuazione del segnale soddisfi i requisiti all'interno della larghezza di banda di progettazione; I test di integrità dell'alimentazione richiedono la misurazione dell'ondulazione della tensione e del rumore per garantire una distribuzione stabile dell'energia; Il test delle prestazioni di isolamento richiede l'applicazione della tensione nominale tramite un tester di tensione per testare la resistenza di isolamento e resistere ai valori di tensione, al fine di prevenire guasti all'isolamento.
I test di adattabilità ambientale richiedono la simulazione dello scenario di lavoro effettivo dei server raffreddati a liquido, inclusi test di invecchiamento ad alta-temperatura, test di immersione nel refrigerante e test di vibrazione. I test di invecchiamento ad alta temperatura possono testare continuamente la scheda di interconnessione in un ambiente ad alta-temperatura e umidità elevata, osservare i cambiamenti nelle sue prestazioni elettriche e verificare la sua capacità di resistere alle alte temperature e all'elevata umidità; Il test di immersione nel refrigerante richiede l'immersione della scheda di interconnessione nel refrigerante comunemente utilizzato per i server e, dopo test continui, il controllo dell'aspetto e delle prestazioni di isolamento per garantire l'assenza di corrosione o penetrazione; Il test delle vibrazioni deve essere condotto in base agli standard del livello di vibrazione del server. Dopo il test, controllare se i giunti di saldatura e le interfacce sono allentati e verificare la capacità antivibrante.
Inoltre, è necessario condurre una verifica della compatibilità dell'assemblaggio assemblando effettivamente la scheda di interconnessione campionata con componenti raffreddati a liquido e componenti core del server, controllando se l'assemblaggio è regolare e se le interfacce sono in buon contatto. Allo stesso tempo, è necessario testare l'effetto di dissipazione del calore nello stato assemblato. La distribuzione della temperatura della scheda di interconnessione deve essere misurata da una termocamera a infrarossi per garantire che la temperatura dell'hotspot non superi la soglia di progettazione. Solo i prodotti prototipo che hanno superato tutti i test e le validazioni possono accedere alla successiva fase di produzione di massa.
Nel processo di promozione della trasformazione dei data center verso l'alta-densità, l'alta-efficienza e il basso-consumo energetico attraverso server raffreddati a liquido, la scheda di interconnessione ad alta-densità dei server raffreddati a liquido funge da componente di connessione principale e le sue prestazioni e qualità influiscono direttamente sull'efficienza operativa e sull'affidabilità dei server raffreddati a liquido. Il processo di campionamento scientifico e rigoroso è la chiave per garantire che le schede di interconnessione ad alta-densità siano adatte per scenari di raffreddamento a liquido e soddisfino i requisiti prestazionali.