Entwurf von Verbindern für Rechenzentren

Künstliche Intelligenz (KI) hat in den letzten Jahren so viel Aufmerksamkeit erregt, dass nur sehr wenige Bereiche des modernen Lebens nicht in irgendeiner Weise von KI oder maschinellem Lernen (ML) profitieren. Dieses Wachstum hat enorme Anforderungen an Rechenzentren geschaffen. Ihre Architektur hat sich verändert, um mit dem stetig wachsenden Datenvolumen umzugehen, und die Infrastruktur, die sie unterstützt, hat sich parallel weiterentwickelt, um eine zuverlässige Kommunikation in der Rechenzentrumsumgebung zu gewährleisten.

Daher müssen Rechenzentren schnelle, latenzarme Konnektivitätslösungen einsetzen, um mit den sich wandelnden Arbeitslasten Schritt zu halten. Ein neuer Trend namens Disaggregation hat dieses Bedürfnis noch kritischer gemacht.

Typische Architekturen stellen jedem Prozessor seinen eigenen Speicher zur Verfügung. Dies hält die Latenz niedrig, führt aber zu einer ineffizienten Nutzung der Speicherressourcen. Da die Anforderungen im Laufe der Zeit variieren, kann ein Prozessor eine Phase geringer Aktivität erleben, während ein anderer überlastet ist. Das Ergebnis ist eine Situation, in der das überlastete Modul nicht genügend Speicherkapazität hat, während ein benachbartes Modul Speicher übrig hat.

Die Disaggregation entfernt den Speicher jedes Prozessors und sammelt ihn, um eine einzige Ressource zu schaffen, die effektiver genutzt werden kann. Diese physische Trennung von Speicher und Prozessor betont jedoch die Notwendigkeit leistungsstarker Konnektivität.

PCIe-Designüberlegungen für Rechenzentren

Bei der Auswahl der Konnektivität für die neuesten Rechenzentrumsarchitekturen müssen Ingenieure Komponenten auswählen, die die aktuellen und zukünftigen Anforderungen der KI-Revolution unterstützen können. Dies ist jedoch nicht die einzige Überlegung, die die Steckverbinderwahl beeinflusst. Ingenieure müssen sicherstellen, dass ihre Steckverbinder den erforderlichen Datendurchsatz bewältigen, langlebig für den Langzeitgebrauch sind und mit bestehenden Systemen für einfache Upgrades kompatibel sind. Der Peripheral Component Interconnect Express (PCIe)^®) ist eine wichtige Verbindung für hochgeschwindigkeitsinterne Datenübertragungen in Rechenzentren, die die neuesten KI-Anwendungen antreiben.

Ein weiteres kritisches Anliegen für die Betreiber ist das Wärmemanagement. Da der Rechenleistungsbedarf steigt, ziehen einige Racks bis zu 100 kW. Diese Leistungssteigerung erzeugt einen ähnlichen Anstieg der von der Ausrüstung erzeugten Wärme. Der Aufwand zur Kühlung eines Rechenzentrums kann bis zu 40 Prozent der gesamten Betriebskosten ausmachen.^[1]Laut den Richtlinien der American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) liegen die empfohlenen Umgebungstemperaturen für Rechenzentren zwischen 18 °C und 27 °C (64,4 °F bis 80,6 °F).^[2]Da die Energiekosten steigen, arbeiten viele Betreiber nun am oberen Ende dieses Bereichs.

Steckverbinder spielen eine große Rolle im Wärmemanagement. Als einige der größten Bauteile moderner Leiterplatten (PCBs) können deren Größe und Platzierung den Luftstrom beeinflussen und direkt beeinflussen, wie effektiv das System kühl bleibt.

Es ist auch wichtig, den Einfluss der Temperatur auf die Leistung des Steckers zu verstehen. Eine hohe Dichte aktiver Komponenten oder ungleichmäßige Kühlung kann Hotspots erzeugen. Steckverbinder dürfen nicht von höheren Temperaturen beeinflusst werden, nicht nur aus Sicherheitsgründen, sondern auch, um die Effizienz des Steckers selbst zu erhalten. Bei hohen Temperaturen ist es notwendig, den elektrischen Strom, der durch einen Steckverbinder fließt, zu reduzieren, um die Entstehung weiterer Wärme zu verhindern.

Das bedeutet, dass Entwickler die Kompatibilität mit der bestehenden Infrastruktur ausbalancieren müssen, die Leistungsfähigkeit der Systeme maximieren und die Notwendigkeit, das eingesetzte System zu kühlen, ausbalancieren müssen. Steckverbinder sind für diese Überlegungen von entscheidender Bedeutung.

Der PCIe-Stecker der nächsten Generation

Um den modernen Ingenieur zu unterstützen, hat Amphenol FCI den PCI Express Gen 5 Flip CEM Karten-Randanschluss veröffentlicht. Es verwendet die standardmäßige PCIe-Schnittstelle und gewährleistet die Kompatibilität mit der bereits im Einsatz befindlichen Geräte früherer Generationen (Abbildung 1).^[3]Die Designmerkmale des Gen 5-Steckers bieten jedoch wichtige Vorteile für die neuesten Rechenzentrumsanwendungen.

Abbildung 1:Amphenol FCI PCI Express Gen 5 Flip CEM Karten-Randanschlüsse sind mit vorhandener Ausrüstung kompatibel und sparen bis zu 19,5 Prozent Platz in PCB-Holdout-Bereichen. (Quelle: Mouser Electronics)

Traditionelle PCIe-Steckverbinder verfügen über zwei Kontaktreihen, die jeweils um 180° zueinander angeordnet sind, wodurch ein PCB-Fußabdruck größer als der Steckverbinderkörper entsteht. Im Gegensatz dazu richtet das Amphenol Flip CEM-Design beide Kontaktreihen in die gleiche Richtung aus, wodurch der PCB-Fußabdruck um bis zu 19,5 Prozent reduziert wird. Das Ergebnis ist ein Steckverbinder, der ideal für Anwendungen ist, die nahe am Rand der Leiterplatte platziert werden müssen.

Der Amphenol Gen 5 PCIe-Anschluss ist mit vorhandener Ausrüstung kompatibel und bietet vollständige Gen 5-Fähigkeiten bis zu 32GT/s. Sein robustes Design unterstützt die aktuellen Anforderungen an Rechenzentren und bietet einen klaren Upgrade-Weg, während sich die Technologie weiterentwickelt.

Fazit

Die KI-Revolution treibt den Appetit auf mehr Daten an. Rechenzentrumsarchitekturen entwickeln sich weiter, um sicherzustellen, dass sie nicht nur den heutigen Anforderungen entsprechen, sondern auch robust und flexibel genug sind, um zukünftige Anforderungen zu erfüllen.

Amphenol verfügt über jahrelange Erfahrung in der Verfeinerung der PCIe-Schnittstelle und entwickelte den Gen 5 Flip Connector, um sich wandelnde Anforderungen an Rechenzentren zu unterstützen und gleichzeitig die Kompatibilität mit vorhandener Ausrüstung zu gewährleisten.

Autor

David Pike

Quellen

[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/