Σχεδιασμός συνδέσμων για κέντρα δεδομένων

Η τεχνητή νοημοσύνη (AI) έχει συγκεντρώσει τόση προσοχή τα τελευταία χρόνια που πολύ λίγοι τομείς της σύγχρονης ζωής δεν επωφελούνται από την τεχνητή νοημοσύνη ή τη μηχανική μάθηση (ML) με κάποιο τρόπο. Αυτή η ανάπτυξη έχει δημιουργήσει τεράστιες απαιτήσεις στα κέντρα δεδομένων. Η αρχιτεκτονική τους έχει αλλάξει για να αντιμετωπίσει τον συνεχώς αυξανόμενο όγκο δεδομένων και η υποδομή που την υποστηρίζει έχει εξελιχθεί παράλληλα για να παρέχει αξιόπιστη επικοινωνία στο περιβάλλον του κέντρου δεδομένων.

Ως αποτέλεσμα, τα κέντρα δεδομένων πρέπει να υιοθετήσουν λύσεις συνδεσιμότητας υψηλής ταχύτητας και χαμηλής καθυστέρησης για να συμβαδίζουν με τους εξελισσόμενους φόρτους εργασίας. Μια νέα τάση που ονομάζεται επιμερισμός έχει κάνει αυτή την ανάγκη ακόμη πιο κρίσιμη.

Οι τυπικές αρχιτεκτονικές παρέχουν σε κάθε επεξεργαστή τη δική του μνήμη. Αυτό διατηρεί τον λανθάνοντα χρόνο σε χαμηλά επίπεδα, αλλά έχει ως αποτέλεσμα την αναποτελεσματική χρήση των πόρων μνήμης. Καθώς οι απαιτήσεις ποικίλλουν με την πάροδο του χρόνου, ένας επεξεργαστής μπορεί να βιώσει μια περίοδο χαμηλής δραστηριότητας ενώ ένας άλλος είναι υπερφορτωμένος. Το αποτέλεσμα είναι μια κατάσταση στην οποία η υπερφορτωμένη μονάδα έχει ανεπαρκή χωρητικότητα μνήμης ενώ μια γειτονική μονάδα έχει εφεδρική μνήμη.

Ο επιμερισμός αφαιρεί τη μνήμη από κάθε επεξεργαστή και τη συγκεντρώνει για να δημιουργήσει έναν ενιαίο πόρο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί πιο αποτελεσματικά. Ωστόσο, αυτός ο φυσικός διαχωρισμός μνήμης και επεξεργαστή τονίζει την ανάγκη για συνδεσιμότητα υψηλής απόδοσης.

Θέματα σχεδίασης PCIe για κέντρα δεδομένων

Όταν επιλέγουν συνδεσιμότητα για τις πιο πρόσφατες αρχιτεκτονικές κέντρων δεδομένων, οι μηχανικοί πρέπει να επιλέγουν στοιχεία που μπορούν να υποστηρίξουν τις τρέχουσες και μελλοντικές ανάγκες της επανάστασης της τεχνητής νοημοσύνης. Ωστόσο, αυτό δεν είναι το μόνο στοιχείο που επηρεάζει την επιλογή σύνδεσης. Οι μηχανικοί πρέπει να διασφαλίσουν ότι οι υποδοχές τους μπορούν να χειριστούν την απαιτούμενη απόδοση δεδομένων, είναι ανθεκτικές για μακροχρόνια χρήση και είναι συμβατές με τα υπάρχοντα συστήματα για απλές αναβαθμίσεις. Το Peripheral Component Interconnect Express (PCIe^®) είναι μια βασική διασύνδεση για εσωτερικές μεταφορές δεδομένων υψηλής ταχύτητας σε κέντρα δεδομένων που τροφοδοτούν τις πιο πρόσφατες εφαρμογές τεχνητής νοημοσύνης.

Μια άλλη κρίσιμη ανησυχία για τους χειριστές είναι η διαχείριση της θερμότητας. Καθώς η ζήτηση υπολογιστικής ισχύος αυξάνεται, ορισμένα rack αντλούν έως και 100 kW. Αυτή η αύξηση ισχύος δημιουργεί παρόμοια αύξηση της θερμότητας που παράγεται από τον εξοπλισμό. Η προσπάθεια που απαιτείται για την ψύξη ενός κέντρου δεδομένων μπορεί να αντιπροσωπεύει έως και το 40 τοις εκατό του συνολικού λειτουργικού κόστους του.^[1]Σύμφωνα με τις οδηγίες της Αμερικανικής Εταιρείας Μηχανικών Θέρμανσης, Ψύξης και Κλιματισμού (ASHRAE), οι συνιστώμενες θερμοκρασίες περιβάλλοντος για κέντρα δεδομένων κυμαίνονται από 64.4°F έως 80.6°F (18°C έως 27°C).^[2]Καθώς το ενεργειακό κόστος αυξάνεται, πολλοί φορείς εκμετάλλευσης λειτουργούν πλέον στο υψηλότερο άκρο αυτού του εύρους.

Οι σύνδεσμοι παίζουν μεγάλο ρόλο στη θερμική διαχείριση. Ως μερικά από τα μεγαλύτερα εξαρτήματα στις σύγχρονες πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB), το μέγεθος και η τοποθέτησή τους μπορεί να επηρεάσει τη ροή του αέρα και να επηρεάσει άμεσα το πόσο αποτελεσματικά το σύστημα παραμένει δροσερό.

Είναι επίσης σημαντικό να κατανοήσετε την επίδραση της θερμοκρασίας στην απόδοση του συνδετήρα. Η υψηλή πυκνότητα ενεργών συστατικών ή η ανομοιόμορφη ψύξη μπορεί να δημιουργήσει hotspot. Οι σύνδεσμοι δεν πρέπει να επηρεάζονται από υψηλότερες θερμοκρασίες, όχι απλώς για ασφάλεια, αλλά για να διατηρηθεί η απόδοση του ίδιου του συνδετήρα. Σε υψηλές θερμοκρασίες, είναι απαραίτητο να μειωθεί το ηλεκτρικό ρεύμα που διέρχεται από έναν σύνδεσμο για να αποφευχθεί η δημιουργία περαιτέρω θερμότητας.

Αυτό σημαίνει ότι οι σχεδιαστές πρέπει να εξισορροπήσουν τη συμβατότητα με την υπάρχουσα υποδομή, μεγιστοποιώντας την ικανότητα των συστημάτων και την ανάγκη ψύξης του συστήματος που χρησιμοποιείται. Οι σύνδεσμοι είναι ζωτικής σημασίας για αυτές τις εκτιμήσεις.

Η υποδοχή PCIe επόμενης γενιάς

Για να βοηθήσει τον σύγχρονο μηχανικό, η Amphenol FCI κυκλοφόρησε την υποδοχή άκρων κάρτας PCI Express Gen 5 Flip CEM. Χρησιμοποιεί την τυπική διεπαφή PCIe, διασφαλίζοντας τη συμβατότητα με τη σειρά εξοπλισμού από προηγούμενες γενιές που βρίσκονται ήδη σε λειτουργία (Γράφημα 1).^[3]Ωστόσο, τα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά της υποδοχής Gen 5 προσφέρουν βασικά πλεονεκτήματα για τις πιο πρόσφατες εφαρμογές κέντρων δεδομένων.

Διάγραμμα 1:Οι υποδοχές άκρων κάρτας Amphenol FCI PCI Express Gen 5 Flip CEM είναι συμβατές με τον υπάρχοντα εξοπλισμό και εξοικονομούν έως και 19.5 τοις εκατό χώρο σε χώρους φύλαξης PCB. (Πηγή: Mouser Electronics)

Οι παραδοσιακές υποδοχές PCIe διαθέτουν δύο σειρές επαφών, καθεμία διατεταγμένη σε προσανατολισμό 180° μεταξύ τους, δημιουργώντας ένα αποτύπωμα PCB μεγαλύτερο από το σώμα του συνδετήρα. Αντίθετα, ο σχεδιασμός Amphenol Flip CEM ευθυγραμμίζει και τις δύο σειρές επαφών προς την ίδια κατεύθυνση, μειώνοντας το αποτύπωμα PCB έως και 19.5 τοις εκατό. Το αποτέλεσμα είναι ένας σύνδεσμος ιδανικός για εφαρμογές που πρέπει να τοποθετηθούν κοντά στην άκρη του PCB.

Η υποδοχή Amphenol Gen 5 PCIe είναι συμβατή με τον υπάρχοντα εξοπλισμό και προσφέρει πλήρεις δυνατότητες Gen 5 έως και 32GT/s. Ο στιβαρός σχεδιασμός του υποστηρίζει τις τρέχουσες ανάγκες του κέντρου δεδομένων και προσφέρει μια σαφή διαδρομή αναβάθμισης καθώς η τεχνολογία συνεχίζει να εξελίσσεται.

Συμπέρασμα

Η επανάσταση της τεχνητής νοημοσύνης οδηγεί την όρεξη για περισσότερα δεδομένα. Οι αρχιτεκτονικές των κέντρων δεδομένων εξελίσσονται για να διασφαλίσουν ότι όχι μόνο ανταποκρίνονται στις σημερινές απαιτήσεις, αλλά είναι επίσης αρκετά στιβαρές και ευέλικτες ώστε να ανταποκρίνονται στις μελλοντικές απαιτήσεις.

Η Amphenol έχει πολυετή εμπειρία στη βελτίωση της διεπαφής PCIe και ανέπτυξε την υποδοχή Gen 5 Flip για να υποστηρίζει τις εξελισσόμενες ανάγκες του κέντρου δεδομένων, διατηρώντας παράλληλα τη συμβατότητα με τον υπάρχοντα εξοπλισμό.

Συγγραφέας

Ντέιβιντ Πάικ

Πηγές

[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/