تصميم الموصلات لمراكز البيانات

لقد حظي الذكاء الاصطناعي (AI) باهتمام كبير خلال السنوات القليلة الماضية لدرجة أن قلة من مجالات الحياة الحديثة لا تستفيد من الذكاء الاصطناعي أو تعلم الآلة (ML) بطريقة ما. وقد أدى هذا النمو إلى زيادة طلبات هائلة على مراكز البيانات. تغيرت بنيتها لتناسب حجم البيانات المتزايد باستمرار، وتطورت البنية التحتية التي تدعمها بالتوازي لتوفير اتصال موثوق في بيئة مراكز البيانات.

نتيجة لذلك، يجب على مراكز البيانات اعتماد حلول اتصال عالية السرعة ومنخفضة التأخير لمواكبة تطور الأحمال العملية. اتجاه جديد يسمى التفكيك جعل هذه الحاجة أكثر أهمية.

توفر البنى النموذجية لكل معالج ذاكرته الخاصة. هذا يحافظ على انخفاض التأخير لكنه يؤدي إلى استخدام غير فعال لموارد الذاكرة. مع تغير المتطلبات مع مرور الوقت، قد يمر المعالج بفترة نشاط منخفض بينما يتعرض آخر للتحميل الزائد. والنتيجة هي حالة يكون فيها الوحدة المحملة بشكل زائد لا تمتلك سعة ذاكرة كافية بينما الوحدة المجاورة لديها ذاكرة فائضة.

يقوم التفكيك بإزالة الذاكرة من كل معالج وتجميعها لإنشاء مورد واحد يمكن استخدامه بشكل أكثر فعالية. ومع ذلك، فإن هذا الفصل الفيزيائي بين الذاكرة والمعالج يؤكد على الحاجة إلى اتصال عالي الأداء.

اعتبارات تصميم PCIe لمراكز البيانات

عند اختيار الاتصال لأحدث بنى مراكز البيانات، يجب على المهندسين اختيار مكونات تدعم الاحتياجات الحالية والمستقبلية لثورة الذكاء الاصطناعي. ومع ذلك، هذا ليس الاعتبار الوحيد الذي يؤثر على اختيار الموصلات. يجب على المهندسين التأكد من أن موصلاتهم قادرة على التعامل مع معدل نقل البيانات المطلوب، وأن تكون متينة للاستخدام طويل الأمد، ومتوافقة مع الأنظمة الحالية للترقيات البسيطة. جهاز الاتصال السريع للمكون المحيطي (PCIe^®) هو رابط رئيسي لنقل البيانات الداخلية عالية السرعة في مراكز البيانات التي تشغل أحدث تطبيقات الذكاء الاصطناعي.

هناك قلق مهم آخر للمشغلين وهو إدارة الحرارة. مع زيادة الطلب على قوة الحوسبة، تستهلك بعض الرفوف ما يصل إلى 100 كيلوواط. هذا الارتفاع في الطاقة يخلق ارتفاعا مشابها في الحرارة الناتجة عن المعدات. الجهد المطلوب لتبريد مركز البيانات يمكن أن يمثل ما يصل إلى 40 بالمئة من إجمالي تكاليف تشغيله.^[1]وفقا لإرشادات الجمعية الأمريكية لمهندسي التدفئة والتبريد وتكييف الهواء (ASHRAE)، تتراوح درجات الحرارة المحيطة الموصى بها لمراكز البيانات بين 64.4°F إلى 80.6°F (18°C إلى 27°C).^[2]مع ارتفاع تكاليف الطاقة، يعمل العديد من المشغلين الآن في الطرف الأعلى من هذا النطاق.

تلعب الموصلات دورا كبيرا في إدارة الحرارة. كونها من أكبر المكونات في لوحات الدوائر المطبوعة الحديثة (PCBs)، فإن حجمها وموقعها يمكن أن يؤثر على تدفق الهواء ويؤثر بشكل مباشر على مدى فعالية بقاء النظام باردا.

من المهم أيضا فهم تأثير درجة الحرارة على أداء الموصل. الكثافة العالية للمكونات النشطة أو التبريد غير المتساو يمكن أن يخلق بقعا ساخنة. يجب أن تكون الموصلات غير متأثرة بدرجات الحرارة الأعلى، ليس فقط من أجل السلامة بل للحفاظ على كفاءة الموصل نفسه. عند درجات الحرارة العالية، من الضروري تقليل التيار الكهربائي المار عبر الموصل لمنع توليد حرارة إضافية.

وهذا يعني أن المصممين بحاجة إلى موازنة التوافق مع البنية التحتية القائمة، وتعظيم قدرات الأنظمة والحاجة إلى تبريد النظام أثناء الاستخدام. الموصلات ضرورية لهذه الاعتبارات.

موصل PCIe من الجيل القادم

لمساعدة المهندس الحديث، أصدرت شركة Amphenol FCI موصل حافة بطاقة PCI Express Gen 5 Flip CEM. يستخدم واجهة PCIe القياسية، مما يضمن التوافق مع مجموعة المعدات من الأجيال السابقة التي كانت في الخدمة بالفعل (الشكل 1).^[3]ومع ذلك، توفر ميزات تصميم موصل الجيل الخامس مزايا رئيسية لأحدث تطبيقات مراكز البيانات.

الشكل 1:موصلات حافة بطاقة Amphenol FCI PCI Express Gen 5 Flip CEM متوافقة مع المعدات الحالية وتوفر حتى 19.5 بالمئة من المساحة في مناطق منع الدوائر المطبوعة. (المصدر: ماوس إلكترونيكس)

تتميز موصلات PCIe التقليدية بصفين من التلامسات، كل منهما مرتبة بزاوية 180° مع بعضها البعض، مما يخلق مساحة لوحة مطبوعة أكبر من جسم الموصل. على النقيض من ذلك، تصميم Amphenol Flip CEM يصطف كلا الصفين من التلامسات في نفس الاتجاه، مما يقلل من بصمة لوحة الدوائر المطبوعة بنسبة تصل إلى 19.5 بالمئة. والنتيجة هي موصل مثالي للتطبيقات التي يجب وضعها بالقرب من حافة لوحة الدوائر المطبوعة.

موصل Amphenol Gen 5 PCIe متوافق مع المعدات الحالية ويوفر إمكانيات كاملة للجيل الخامس حتى 32 جيجاتا/ثانية. تصميمها المتين يدعم احتياجات مراكز البيانات الحالية ويوفر مسار ترقية واضح مع استمرار تطور التكنولوجيا.

الخاتمة

ثورة الذكاء الاصطناعي تدفع الرغبة في المزيد من البيانات. تتطور هياكل مراكز البيانات لضمان أنها لا تلبي متطلبات اليوم فحسب، بل أيضا قوية ومرنة بما يكفي لتلبية الطلبات المستقبلية.

تمتلك Amphenol سنوات من الخبرة في تحسين واجهة PCIe وطورت موصل Gen 5 Flip لدعم احتياجات مراكز البيانات المتغيرة مع الحفاظ على التوافق مع الأجهزة الحالية.

المؤلف

ديفيد بايك

المصادر

[1]https://restservice.epri.com/publicdownload/000000003002028905/0/Product
[2]https://www.ashrae.org//File%20Library/Technical%20Resources/Bookstore/ASHRAE_TC0909_Power_White_Paper_22_June_2016_REVISED.pdf
[3]https://www.mouser.com/new/amphenol/amphenol-pcie-cem-card-edge-connectors/