طراحی کانکتورها برای مراکز داده

هوش مصنوعی (AI) در چند سال اخیر توجه زیادی را به خود جلب کرده است به طوری که بخش های بسیار کمی از زندگی مدرن به نوعی از هوش مصنوعی یا یادگیری ماشین (ML) بهره مند نمی شوند. این رشد تقاضای عظیمی برای مراکز داده ایجاد کرده است. معماری آن ها برای مقابله با حجم روزافزون داده ها تغییر کرده و زیرساخت پشتیبانی کننده آن به طور موازی تکامل یافته تا ارتباط قابل اعتماد در محیط مرکز داده را فراهم کند.

در نتیجه، مراکز داده باید راه حل های اتصال پرسرعت و تأخیر کم را برای همگام شدن با بارهای کاری در حال تحول اتخاذ کنند. یک روند جدید به نام تفکیک این نیاز را حتی حیاتی تر کرده است.

معماری های معمولی به هر پردازنده حافظه مخصوص به خود را می دهند. این کار تأخیر را پایین نگه می دارد اما منجر به استفاده ناکارآمد از منابع حافظه می شود. با تغییر نیازها در طول زمان، یک پردازنده ممکن است دوره ای از فعالیت کم را تجربه کند در حالی که دیگری بیش از حد بارگذاری شده است. نتیجه وضعیتی است که در آن ماژول بارگذاری شده ظرفیت حافظه کافی ندارد در حالی که ماژول مجاور حافظه اضافی دارد.

تفکیک حافظه را از هر پردازنده حذف کرده و آن را جمع آوری می کند تا یک منبع واحد ایجاد کند که بتوان از آن مؤثرتر استفاده کرد. با این حال، این جداسازی فیزیکی حافظه و پردازنده، نیاز به اتصال با عملکرد بالا را برجسته می کند.

ملاحظات طراحی PCIe برای مراکز داده

هنگام انتخاب اتصال برای جدیدترین معماری های مرکز داده، مهندسان باید قطعاتی را انتخاب کنند که بتوانند نیازهای فعلی و آینده انقلاب هوش مصنوعی را پشتیبانی کنند. با این حال، این تنها ملاحظه ای نیست که بر انتخاب کانکتور تأثیر می گذارد. مهندسان باید اطمینان حاصل کنند که کانکتورهای آن ها قادر به پردازش داده های مورد نیاز هستند، برای استفاده بلندمدت بادوام هستند و برای ارتقاهای ساده با سیستم های موجود سازگار هستند. اکسپرس اتصال مؤلفه های جانبی (PCIe^®) یک ارتباط کلیدی برای انتقال داده های داخلی با سرعت بالا در مراکز داده است که جدیدترین برنامه های هوش مصنوعی را تأمین می کنند.

یکی دیگر از نگرانی های مهم برای اپراتورها، مدیریت گرما است. با افزایش تقاضای قدرت محاسباتی، برخی رک ها تا ۱۰۰ کیلووات مصرف می کنند. این افزایش توان باعث افزایش مشابهی در گرمای تولید شده توسط تجهیزات می شود. تلاش لازم برای خنک کردن یک مرکز داده می تواند تا ۴۰ درصد از کل هزینه های عملیاتی آن را تشکیل دهد.^[1]بر اساس دستورالعمل های انجمن مهندسان گرمایش، یخچال و تهویه مطبوع آمریکا (ASHRAE)، دمای محیط توصیه شده برای مراکز داده بین ۶۴.۴ درجه فارنهایت تا ۸۰.۶ درجه فارنهایت (۱۸ تا ۲۷ درجه سانتی گراد) متغیر است.^[2]با افزایش هزینه های انرژی، بسیاری از اپراتورها اکنون در بالاترین حد این بازه فعالیت می کنند.

کانکتورها نقش بزرگی در مدیریت حرارتی دارند. به عنوان برخی از بزرگ ترین قطعات بردهای مدار چاپی مدرن (PCB)، اندازه و محل قرارگیری آن ها می تواند جریان هوا را تحت تأثیر قرار داده و مستقیما بر میزان عملکرد خنک ماندن سیستم تأثیر بگذارد.

همچنین مهم است که تأثیر دما بر عملکرد کانکتور را درک کنید. چگالی بالای اجزای فعال یا سرمایش نامتوازن می تواند نقاط داغ ایجاد کند. کانکتورها باید تحت تأثیر دماهای بالاتر قرار نگیرند، نه فقط برای ایمنی بلکه برای حفظ کارایی خود کانکتور. در دماهای بالا، لازم است جریان الکتریکی عبوری از کانکتور کاهش یابد تا از ایجاد گرمای بیشتر جلوگیری شود.

این بدان معناست که طراحان باید بین سازگاری با زیرساخت های موجود، حداکثر کردن قابلیت سیستم ها و نیاز به خنک سازی سیستم در حال استفاده تعادل برقرار کنند. کانکتورها برای این ملاحظات حیاتی هستند.

کانکتور نسل بعدی PCIe

برای کمک به مهندسان مدرن، شرکت Amphenol FCI کانکتور لبه کارت PCI Express Gen 5 Flip CEM را عرضه کرده است. این دستگاه از رابط استاندارد PCIe بهره می برد و سازگاری با آرایه تجهیزات نسل های قبلی که هم اکنون در خدمت بودند را تضمین می کند (شکل ۱).^[3]با این حال، ویژگی های طراحی کانکتور نسل ۵ مزایای کلیدی برای جدیدترین کاربردهای مراکز داده به همراه دارد.

شکل ۱:کانکتورهای لبه کارت Amphenol FCI PCI Express Gen 5 Flip CEM با تجهیزات موجود سازگار هستند و تا ۱۹.۵ درصد فضای مناطق ممنوعیت برد PCB را صرفه جویی می کنند. (منبع: Mouser Electronics)

کانکتورهای PCIe سنتی دارای دو ردیف کنتاکت هستند که هر کدام در جهت ۱۸۰ درجه نسبت به یکدیگر قرار گرفته اند و باعث ایجاد ردپای برد مدار چاپی بزرگ تر از بدنه کانکتور می شوند. در مقابل، طراحی CEM آمفنول فلیپ هر دو ردیف تماس ها را در یک جهت قرار می دهد و ردپای برد برد مدار چاپی را تا ۱۹.۵ درصد کاهش می دهد. نتیجه، کانکتوری ایده آل برای کاربردهایی است که باید نزدیک لبه برد قرار گیرد.

کانکتور Amphenol Gen 5 PCIe با تجهیزات موجود سازگار است و قابلیت کامل نسل ۵ را تا ۳۲ گیگایت بر ثانیه ارائه می دهد. طراحی قوی آن نیازهای فعلی مراکز داده را پشتیبانی می کند و مسیر ارتقا روشنی را با پیشرفت فناوری ارائه می دهد.

نتیجه گیری

انقلاب هوش مصنوعی باعث افزایش تمایل به داده های بیشتر شده است. معماری های مراکز داده در حال تکامل هستند تا اطمینان حاصل کنند که نه تنها نیازهای امروز را برآورده می کنند، بلکه به اندازه کافی مقاوم و انعطاف پذیر هستند تا نیازهای آینده را برآورده کنند.

Amphenol سال ها تجربه در بهبود رابط PCIe دارد و کانکتور Gen 5 Flip را برای پشتیبانی از نیازهای در حال تحول مرکز داده و در عین حال سازگاری با تجهیزات موجود توسعه داده است.

نویسنده

دیوید پایک

منابع

[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/