Зі швидким розвитком цифрової економіки попит на обчислювальну потужність у центрах обробки даних зростає в геометричній прогресії, а вузьке місце, пов’язане з розсіюванням тепла традиційних серверів із-повітряним охолодженням, стає дедалі помітнішим у сценаріях високої-щільності обчислень. Технологія рідинного охолодження стала важливим напрямком розвитку рішень для охолодження центрів обробки даних із вищою ефективністю розсіювання тепла та меншим споживанням енергії. В основній архітектурі серверів з рідинним охолодженням вирішальне значення мають-сполучні плати високої щільності. Вони не тільки забезпечують ефективну передачу сигналів і живлення, але й працюють разом із системою рідинного охолодження для підтримки стабільної роботи та випуску продуктивності серверів.
1, З’єднувальна плата високої щільності: «ядро з’єднання» серверів з рідинним охолодженням
Основна вимога серверів з рідинним охолодженням полягає в досягненні вищої щільності обчислювальної потужності в обмеженому просторі, що висуває жорсткі вимоги до інтеграції та ефективності підключення внутрішніх компонентів. З’єднувальна плата високої-щільності серверів з рідинним охолодженням служить носієм зв’язку між різними основними компонентами сервера, такими як центральний процесор, графічний процесор, пам’ять, модулі зберігання та модулі охолодження з рідинним охолодженням. Його основна цінність полягає в тому, щоб подолати просторові обмеження традиційних методів з’єднання завдяки оптимізованому дизайну електропроводки та компактному структурному розташуванню, досягнувши цілей передачі «малого обсягу, високої пропускної здатності та низьких втрат».
Порівняно з компонентами з’єднання традиційних серверів, плата з’єднання високої-щільності, призначена для серверів з рідинним охолодженням, має особливо помітну перевагу в «щільності». З одного боку, він може інтегрувати більше сигнальних інтерфейсів і каналів живлення на одиницю площі, як-от єдину плату з’єднання, яка може одночасно підтримувати взаємодію сигналу між кількома високо-процесорами, а також точний розподіл кількох джерел живлення, уникаючи надмірності з’єднання, спричиненої дисперсією компонентів; З іншого боку, його відстань між з’єднаннями менша, що може ефективно зменшити затримку та загасання під час передачі сигналу, забезпечуючи стабільну «гарантію сигналу» для високо-швидкісного обчислення серверів. У системах рідинного охолодження сполучна плата також повинна бути просторово сумісною з компонентами охолодження, такими як холодні пластини та трубопроводи. Необхідно переконатися, що він не перешкоджає шляху циркуляції теплоносія, і сприяти розсіюванню тепла через розумне розташування, щоб уникнути впливу локального накопичення тепла на продуктивність трансмісії.
2, Ключова особливість: «хардкорні можливості», адаптовані до сценаріїв рідинного охолодження
Робоче середовище серверів із рідинним охолодженням суттєво відрізняється від традиційних серверів із повітряним-охолодженням, оскільки вони тривалий час перебувають у тісному контакті з охолоджувачем і мають витримувати температурний тиск, спричинений вищою щільністю обчислювальної потужності. Таким чином, сполучна плата високої-щільності серверів з рідинним охолодженням має низку ключових характеристик, які підходять для сценаріїв рідинного охолодження:
По-перше, він має чудову стійкість до високих температур та ізоляційні властивості. Під час роботи серверів з рідинним охолодженням температура в окремих зонах може досягати високого рівня, а наявність охолоджуючої рідини висуває підвищені вимоги до ізоляції міжкомпонентних плат. З’єднувальні плати високої щільності для серверів з рідинним охолодженням зазвичай використовують високо{2}}підкладки та ізоляційні покриття, які можуть підтримувати стабільну фізичну структуру та електричні характеристики в середовищі з високою температурою та ефективно ізолювати охолоджувач від внутрішніх контурів, уникаючи небезпеки для безпеки, як-от короткі замикання.
По-друге, висока надійність і антивібраційна здатність. Робота водяних насосів і щоденне технічне обслуговування серверів у системах рідинного охолодження можуть створювати певні вібрації, а сполучна плата, як основний з’єднувальний компонент, безпосередньо впливає на загальну роботу сервера з точки зору стабільності з’єднання. Цей тип з’єднувальної плати завдяки оптимізованій технології упаковки та дизайну посилення може ефективно протистояти впливу вібрації, забезпечувати міцність з’єднань інтерфейсу та зменшувати ризик поганого контакту та інших несправностей, спричинених вібрацією.
Крім того, однією з його важливих характеристик є здатність до ефективного розсіювання тепла. Хоча системи рідинного охолодження відіграють важливу роль у розсіюванні тепла, самі з’єднувальні плати високої-щільності також виділяють певну кількість тепла під час передачі сигналів і електроенергії. Деякі -з’єднувальні плати високої щільності для серверів із рідинним охолодженням використовуватимуть спеціальні структурні конструкції, як-от резервні канали розсіювання тепла та матеріали з хорошою теплопровідністю, для передачі тепла, що генерується ними, системі рідинного охолодження, що ще більше покращує загальну ефективність розсіювання тепла серверів.
3. Сценарій застосування: підтримка оновлення попиту на обчислювальну потужність у кількох областях
Зі стрімким розвитком таких технологій, як 5G, штучний інтелект, великі дані та хмарні обчислення, попит на обчислювальну потужність у різних галузях постійно зростає. Сервери з рідинним охолодженням широко використовуються в багатьох сценаріях з високою щільністю обчислень, і сполучна плата високої-щільності серверів з рідинним охолодженням, як основний компонент серверів з рідинним охолодженням, також відіграє важливу роль у цих сценаріях
У сценаріях навчання штучного інтелекту та логічного висновку сервери штучного інтелекту зазвичай оснащено кількома високо-продуктивними графічним процесором із надзвичайно високою щільністю обчислювальної потужності та терміновими вимогами до охолодження. З’єднувальні плати високої щільності можуть досягти високо-з’єднання сигналів між кількома графічними процесорами, центральними процесорами та пам’яттю, підтримуючи мільярди обчислювальних завдань за секунду. У той же час вони працюють разом із системами рідинного охолодження, щоб забезпечити роботу графічних процесорів у стабільному температурному середовищі, уникаючи зниження обчислювальної потужності або пошкодження апаратного забезпечення, спричиненого високими температурами.
У сценаріях хмарних центрів обробки даних великі-кластери серверів вимагають ефективного планування ресурсів і можливостей передачі даних. Сервери з рідинним охолодженням стали важливим вибором для центрів обробки даних хмарних обчислень завдяки їхнім перевагам у низькому енергоспоживанні та високій ефективності розсіювання тепла. З’єднувальна плата високої-щільності відповідає за з’єднання внутрішніх компонентів сервера із зовнішніми мережами та пристроями зберігання. Завдяки високій пропускній здатності та низькій затримці передачі він покращує загальну ефективність роботи центру обробки даних і відповідає потребам у швидкій обробці та передачі масивних даних у сценаріях хмарних обчислень.
У сценаріях високопродуктивних обчислень, таких як прогнозування погоди, аерокосмічне моделювання, біофармацевтика тощо, сервери повинні мати потужні паралельні обчислювальні можливості, а щільність обчислювальної потужності одного сервера значно перевищує показники звичайних сценаріїв. Плати з’єднань високої щільності можуть забезпечити ефективну підтримку з’єднань для кількох процесорів, карт прискорення та інших компонентів у серверах HPC, забезпечуючи спільну роботу між компонентами під час адаптації до вимог тепловідведення систем рідинного охолодження, надаючи гарантії для стабільної роботи високо-продуктивних обчислювальних завдань.
4. Запобіжні заходи щодо відбору зразків: ключові кроки для забезпечення продуктивності та адаптивності продукту
Вибір -з’єднувальних плат високої щільності для серверів з рідинним охолодженням є основним етапом переходу від проектування до масового виробництва, який безпосередньо впливає на те, чи зможе продукт адаптуватися до сценаріїв рідинного охолодження та відповідати вимогам продуктивності. Під час процесу відбору зразків важливо звернути особливу увагу на наведені нижче запобіжні заходи, щоб уникнути потенційних виробничих ризиків або не-відповідності продуктивності, спричиненої недооцінкою деталей:
(1) Перед відбором: уточніть вимоги та вибір матеріалу
Перед відбором зразків необхідно повністю узгодити вимоги з командою проектувальників і постачальниками наступних серверів, особливо для спеціальних вимог сценаріїв рідинного охолодження. З одного боку, необхідно уточнити електричні показники продуктивності плати з’єднання, такі як пропускна здатність передачі, поріг ослаблення сигналу, точність розподілу електроенергії тощо, щоб переконатися, що зразки продуктів можуть відповідати вимогам передачі обчислювальної потужності сервера; З іншого боку, необхідно зосередитися на підтвердженні вимог щодо адаптації до навколишнього середовища в середовищах з рідинним охолодженням, таких як діапазон робочих температур, сумісність охолоджуючої рідини та рівень антивібрації тощо, щоб уникнути відхилень у відборі проб, спричинених нечіткими вимогами.
Вибір матеріалу є основою успішного відбору зразків, і пріоритет слід надавати адаптації до характеристик сценаріїв рідинного охолодження. Субстрат слід вибирати з матеріалів, стійких до високих температур і низьких діелектричних втрат, щоб забезпечити стабільні електричні характеристики навіть у високотемпературному середовищі серверів з рідинним охолодженням; Ізоляційне покриття має бути стійким до корозії охолоджуючої рідини та мати високу ізоляційну міцність, щоб запобігти проникненню охолоджувальної рідини, що спричиняє короткі замикання; Для областей, де потрібне допоміжне розсіювання тепла, для підвищення ефективності теплопередачі можна використовувати металеві підкладки або теплопровідні клеї з високою теплопровідністю. При цьому матеріали повинні відповідати галузевим екологічним стандартам, щоб уникнути впливу на внутрішнє середовище сервера через виділення шкідливих речовин.
(2) Процес відбору проб: суворий контроль процесу та точності розмірів
Керування процесом безпосередньо визначає стабільність роботи з’єднувальних плат, і особливу увагу слід приділяти високо-щільним процесам з’єднання, свердління та паяння. Під час використання проводки високої-щільності ширина ліній і відстань повинні суворо відповідати вимогам до конструкції, щоб уникнути недостатньої пропускної здатності за струмом через тонку ширину лінії або перехресних перешкод, спричинених малим відстанню між лініями; Під час процесу свердління необхідно суворо контролювати допуск на отвір і точність розташування отвору, особливо для позиціонуючих отворів, які з’єднані з компонентами з рідинним охолодженням, щоб запобігти неможливості точного складання з’єднувальної плати з холодною пластиною та трубопроводами через відхилення положення отвору; Процес зварювання вимагає-безсвинцевої технології зварювання, а температуру та час зварювання потрібно регулювати відповідно до типу компонента, щоб уникнути пошкодження підкладки або компонента через високу температуру. У той же час переконайтеся, що паяні з’єднання повні та вільні від віртуальної пайки, і підвищте надійність з’єднання.
Точність розмірів є ключем до адаптації сполучних плат до простору серверів з рідинним охолодженням, тому потрібен суворий контроль габаритних розмірів і локальних структурних допусків. Через компактний внутрішній простір сервера з рідинним охолодженням необхідно переконатися, що розмір з’єднувальної плати відповідає простору для встановлення, щоб уникнути несправності або розхитаності встановлення через невідповідний розмір; Для частин інтерфейсу, які взаємодіють з іншими компонентами, такими як слоти процесора та інтерфейси пам’яті, необхідно переконатися, що розмір інтерфейсу та зазор між компонентами відповідають стандартам, щоб запобігти поганому контакту або труднощам встановлення, спричиненим проблемами зазору. Крім того, необхідно перевірити площину з’єднувальної плати, щоб уникнути неправильного з’єднання з компонентами з рідинним охолодженням через деформацію, що може вплинути на ефект розсіювання тепла.
(3) Після відбору зразків: комплексне тестування та перевірка сценарію
Після того, як зразок буде завершено, необхідне комплексне тестування продуктивності та перевірка сценарію, щоб переконатися, що продукт відповідає вимогам. Тестування електричних характеристик має охоплювати цілісність сигналу, цілісність живлення та характеристики ізоляції: тестування цілісності сигналу може вимірювати втрати передачі та зворотні втрати за допомогою мережевого аналізатора, щоб переконатися, що ослаблення сигналу відповідає вимогам у межах проектної смуги пропускання; Тестування цілісності живлення вимагає вимірювання пульсацій напруги та шуму для забезпечення стабільного розподілу електроенергії; Перевірка ефективності ізоляції вимагає подачі номінальної напруги через тестер напруги для перевірки опору ізоляції та значень витримуваної напруги, щоб запобігти пошкодженню ізоляції.
Тестування адаптивності до навколишнього середовища вимагає моделювання фактичного сценарію роботи серверів з рідинним охолодженням, зокрема випробування на старіння при високій-температурі, випробування зануренням охолоджуючої рідини та випробування на вібрацію. Випробування на старіння при високій температурі дозволяє безперервно перевіряти з’єднувальну плату в середовищі з високою-температурою та високою вологістю, спостерігати зміни в її електричних характеристиках і перевіряти її здатність витримувати високі температури та високу вологість; Випробування на занурення в охолоджуючу рідину вимагає занурення з’єднувальної плати в охолоджуючу рідину, яка зазвичай використовується для серверів, і після безперервного тестування перевірка зовнішнього вигляду та ефективності ізоляції, щоб переконатися у відсутності корозії чи проникнення; Випробування на вібрацію слід проводити відповідно до стандартів рівня вібрації сервера. Після тесту перевірте, чи не ослаблені паяні з’єднання та інтерфейси, а також перевірте антивібраційну здатність.
Крім того, необхідно провести перевірку сумісності збірки, фактично зібравши зразкову плату з’єднання з компонентами з рідинним охолодженням і компонентами ядра сервера, перевіривши, чи є збірка гладкою та чи добре контактують інтерфейси. У той же час слід перевірити ефект розсіювання тепла в зібраному стані. Розподіл температури з’єднувальної плати слід вимірювати за допомогою інфрачервоного тепловізора, щоб переконатися, що температура гарячої точки не перевищує розрахункове порогове значення. Лише прототипи продуктів, які пройшли всі випробування та валідацію, можуть потрапити на наступну стадію масового виробництва.
У процесі сприяння перетворенню центрів обробки даних у бік високої-щільності, високої-ефективності та низького-споживання енергії через сервери з рідинним охолодженням плата з’єднання високої-щільності серверів з рідинним охолодженням служить основним компонентом з’єднання, а її продуктивність і якість безпосередньо впливають на ефективність роботи та надійність серверів з рідинним охолодженням. Науковий і ретельний процес відбору зразків є ключовим фактором, який гарантує, що з’єднувальні плати високої-щільності підходять для сценаріїв рідинного охолодження та відповідають вимогам продуктивності.