Liittimien suunnittelu datakeskuksiin

Tekoäly (AI) on saanut viime vuosina niin paljon huomiota, että hyvin harvat nykyelämän osa-alueet eivät hyödy tekoälystä tai koneoppimisesta (ML) jollain tavalla. Tämä kasvu on aiheuttanut valtavia vaatimuksia datakeskuksille. Heidän arkkitehtuurinsa on muuttunut vastaamaan jatkuvasti kasvavaa datamäärää, ja sitä tukeva infrastruktuuri on kehittynyt samanaikaisesti tarjoten luotettavaa viestintää datakeskusympäristössä.

Tämän seurauksena datakeskusten on omaksuttava nopeita, vähäviiveisiä yhteysratkaisuja pysyäkseen muuttuvien kuormien tahdissa. Uusi trendi, nimeltään disaggaatio, on tehnyt tästä tarpeesta entistä kriittisemmän.

Tyypilliset arkkitehtuurit tarjoavat jokaiselle prosessorille oman muistinsa. Tämä pitää viiveen alhaisena, mutta johtaa tehottomaan muistiresurssien käyttöön. Koska vaatimukset vaihtelevat ajan myötä, yksi prosessori voi kokea matalan aktiivisuuden jakson, kun toinen on ylikuormitettu. Seurauksena on tilanne, jossa ylikuormitetulla moduulilla on riittämätön muistikapasiteetti, kun taas viereisellä moduulilla on ylimääräistä muistia.

Disagregointi poistaa muistin jokaisesta prosessorista ja jakaa sen yhteen resurssiin, jota voidaan käyttää tehokkaammin. Tämä muistin ja prosessorin fyysinen erottelu korostaa kuitenkin korkean suorituskyvyn yhteyksien tarvetta.

PCIe:n suunnittelun näkökohdat datakeskuksissa

Kun valitaan yhteyksiä uusimpiin datakeskusarkkitehtuureihin, insinöörien on valittava komponentteja, jotka tukevat tekoälyvallankumouksen nykyisiä ja tulevia tarpeita. Tämä ei kuitenkaan ole ainoa seikka, joka vaikuttaa liittimen valintaan. Insinöörien on varmistettava, että liittimet kestävät vaaditun tiedonsiirron, kestävät pitkäaikaiseen käyttöön ja ovat yhteensopivia olemassa olevien järjestelmien kanssa yksinkertaisia päivityksiä varten. Peripheral Component Interconnect Express (PCIe)^®) on keskeinen yhteys nopeisiin sisäisiin tiedonsiirtoihin datakeskuksissa, jotka pyörittävät uusimpia tekoälysovelluksia.

Toinen keskeinen huolenaihe operaattoreille on lämmönhallinta. Kun laskentatehon kysyntä kasvaa, jotkut räkit kuluttavat jopa 100 kW. Tämä tehon kasvu aiheuttaa samanlaisen lämmön nousun, jonka laitteet tuottavat. Datakeskuksen jäähdyttämiseen vaadittava työ voi kattaa jopa 40 prosenttia sen kokonaiskäyttökustannuksista.^[1]American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineersin (ASHRAE) ohjeiden mukaan datakeskusten suositellut ympäristölämpötilat vaihtelevat 64,4°F:stä 80,6°F:iin (18°C–27°C).^[2]Energiakustannusten noustessa monet operaattorit toimivat nyt tämän alueen ylärajalla.

Liittimillä on suuri rooli lämmönhallinnassa. Koska ne ovat joitakin suurimmista komponenteista nykyaikaisissa piirilevyissä (PCB), niiden koko ja sijoittelu voivat vaikuttaa ilmavirtaan ja suoraan siihen, kuinka tehokkaasti järjestelmä pysyy viileänä.

On myös tärkeää ymmärtää lämpötilan vaikutus liittimen suorituskykyyn. Korkea aktiivisten komponenttien tiheys tai epätasainen jäähdytys voivat aiheuttaa kuumia pisteitä. Liittimien tulee olla koskemattomia korkeammilta lämpötiloilta, ei pelkästään turvallisuuden vuoksi, vaan myös liittimen tehokkuuden ylläpitämiseksi. Korkeissa lämpötiloissa on tarpeen vähentää liittimen läpi kulkevaa sähkövirtaa, jotta lisälämmön syntyminen ei synny.

Tämä tarkoittaa, että suunnittelijoiden on tasapainotettava yhteensopivuus olemassa olevan infrastruktuurin kanssa, maksimoiden järjestelmien kyvykkyyden ja käytettävän järjestelmän jäähdyttämisen tarve. Liittimet ovat ratkaisevan tärkeitä näissä seikissä.

Seuraavan sukupolven PCIe-liitin

Modernin insinöörin avuksi Amphenol FCI on julkaissut PCI Express Gen 5 Flip CEM -kortin reunaliittimen. Se käyttää standardia PCIe-liitäntää, varmistaen yhteensopivuuden aiempien sukupolvien jo käytössä olevien laitteiden kanssa (Kuva 1).^[3]Gen 5 -liittimen suunnitteluominaisuudet tarjoavat kuitenkin keskeisiä etuja uusimpiin datakeskussovelluksiin.

Kuva 1:Amphenol FCI PCI Express Gen 5 Flip CEM -kortin reunaliittimet ovat yhteensopivia olemassa olevien laitteiden kanssa ja säästävät jopa 19,5 prosenttia tilaa piirilevyjen säilytysalueilla. (Lähde: Mouser Electronics)

Perinteisissä PCIe-liittimissä on kaksi riviä koskettimia, jotka on aseteltu 180° toisiinsa nähden, muodostaen piirilevyn jalanjäljen, joka on suurempi kuin liittimen runko. Sen sijaan Amphenol Flip CEM:n suunnittelu kohdistaa molemmat kontaktirivit samaan suuntaan, vähentäen piirilevyn pinta-alaa jopa 19,5 prosenttia. Tuloksena on liitin, joka on ihanteellinen sovelluksiin, jotka täytyy sijoittaa lähelle piirilevyn reunaa.

Amphenol Gen 5 PCIe -liitin on yhteensopiva olemassa olevien laitteiden kanssa ja tarjoaa täydet Gen 5 -ominaisuudet jopa 32GT/s asti. Sen vankka suunnittelu tukee nykyisiä datakeskusten tarpeita ja tarjoaa selkeän päivityspolun teknologian kehittyessä.

Yhteenveto

Tekoälyvallankumous lisää halua saada lisää dataa. Datakeskusarkkitehtuurit kehittyvät varmistaakseen, että ne eivät ainoastaan täytä tämän päivän vaatimuksia, vaan ovat myös riittävän kestäviä ja joustavia vastaamaan tuleviin tarpeisiin.

Amphenolilla on vuosien kokemus PCIe-liitännän hiomisesta, ja hän kehitti Gen 5 Flip -liittimen tukemaan kehittyviä datakeskustarpeita säilyttäen samalla yhteensopivuuden olemassa olevien laitteiden kanssa.

Kirjailija

David Pike

Lähteet

[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/