Connectoren ontwerpen voor datacenters

Kunstmatige intelligentie (AI) heeft de afgelopen jaren zoveel aandacht gekregen dat zeer weinig gebieden van het moderne leven op de een of andere manier profiteren van AI of machine learning (ML). Deze groei heeft enorme eisen aan datacenters gegenereerd. Hun architectuur is aangepast om het steeds toenemende datavolume aan te kunnen, en de infrastructuur die dit ondersteunt is parallel geëvolueerd om betrouwbare communicatie in de datacenteromgeving te bieden.

Daarom moeten datacenters snelle connectiviteitsoplossingen met lage latentie adopteren om gelijke tred te houden met de veranderende workloads. Een nieuwe trend genaamd disaggregatie heeft deze behoefte nog belangrijker gemaakt.

Typische architecturen voorzien elke processor van eigen geheugen. Dit houdt de latentie laag, maar resulteert in inefficiënt gebruik van geheugenbronnen. Omdat de eisen in de loop van de tijd variëren, kan een processor een periode van lage activiteit ervaren terwijl een andere overbelast is. Het resultaat is een situatie waarin de overbelaste module onvoldoende geheugencapaciteit heeft, terwijl een aangrenzende module nog geheugen over heeft.

Disaggregatie verwijdert het geheugen van elke processor en bundelt het om één enkele bron te creëren die effectiever kan worden gebruikt. Deze fysieke scheiding van geheugen en processor benadrukt echter de noodzaak van hoogwaardige connectiviteit.

PCIe-ontwerpoverwegingen voor datacenters

Bij het selecteren van connectiviteit voor de nieuwste datacenterarchitecturen moeten ingenieurs componenten kiezen die de huidige en toekomstige behoeften van de AI-revolutie kunnen ondersteunen. Dit is echter niet de enige overweging die de keuze van connectoren beïnvloedt. Ingenieurs moeten ervoor zorgen dat hun connectoren de vereiste datadoorvoer aankunnen, duurzaam zijn voor langdurig gebruik en compatibel zijn met bestaande systemen voor eenvoudige upgrades. De Peripheral Component Interconnect Express (PCIe)^®) is een belangrijke verbinding voor snelle interne datatransfers in datacenters die de nieuwste AI-toepassingen aandrijven.

Een andere belangrijke zorg voor operators is warmtebeheer. Naarmate de rekenkrachtvraag toeneemt, trekken sommige racks tot wel 100 kW. Deze vermogenstoename zorgt voor een vergelijkbare toename van de warmte die door de apparatuur wordt opgewekt. De inspanning die nodig is om een datacenter te koelen kan tot 40 procent van de totale operationele kosten bedragen.^[1]Volgens de richtlijnen van de American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) liggen de aanbevolen omgevingstemperaturen voor datacenters tussen 18°C en 27°C (64,4°F tot 80,6°F).^[2]Naarmate de energiekosten stijgen, opereren veel operators nu aan de bovenkant van dat bereik.

Connectoren spelen een grote rol in het thermisch beheer. Als enkele van de grootste componenten op moderne printplaten (PCB's) kunnen hun grootte en plaatsing de luchtstroom beïnvloeden en direct bepalen hoe goed het systeem koel blijft.

Het is ook belangrijk om het effect van temperatuur op de prestaties van de connector te begrijpen. Een hoge dichtheid van actieve componenten of ongelijkmatige koeling kan hotspots veroorzaken. Connectoren mogen niet worden beïnvloed door hogere temperaturen, niet alleen voor de veiligheid maar ook om de efficiëntie van de connector zelf te behouden. Bij hoge temperaturen is het noodzakelijk de elektrische stroom die door een connector loopt te verminderen om verdere warmte te voorkomen.

Dit betekent dat ontwerpers compatibiliteit met bestaande infrastructuur moeten balanceren, de capaciteit van de systemen maximaliseren en de noodzaak om het gebruikte systeem te koelen. Connectoren zijn essentieel voor deze overwegingen.

De volgende generatie PCIe-connector

Om de moderne ingenieur te helpen, heeft Amphenol FCI de PCI Express Gen 5 Flip CEM kaartrandconnector uitgebracht. Het maakt gebruik van de standaard PCIe-interface, wat compatibiliteit waarborgt met de reeks apparatuur van eerdere generaties die al in gebruik zijn (Figuur 1).^[3]De ontwerpkenmerken van de Gen 5-connector bieden echter belangrijke voordelen voor de nieuwste datacentertoepassingen.

Figuur 1:Amphenol FCI PCI Express Gen 5 Flip CEM kaartrandconnectoren zijn compatibel met bestaande apparatuur en besparen tot 19,5 procent ruimte in PCB-keep-outgebieden. (Bron: Mouser Electronics)

Traditionele PCIe-connectoren hebben twee rijen contacten, elk geplaatst in een oriëntatie van 180° ten opzichte van elkaar, waardoor een PCB-voetafdruk groter is dan het connectorlichaam. Daarentegen lijnt het Amphenol Flip CEM-ontwerp beide rijen contacten in dezelfde richting, waardoor de PCB-voetafdruk met maximaal 19,5 procent wordt verminderd. Het resultaat is een connector die ideaal is voor toepassingen die dicht bij de rand van de printplaat moeten worden geplaatst.

De Amphenol Gen 5 PCIe-connector is compatibel met bestaande apparatuur en biedt volledige Gen 5-mogelijkheden tot 32GT/s. Het robuuste ontwerp ondersteunt de huidige datacenterbehoeften en biedt een duidelijke upgrade-route naarmate de technologie zich blijft ontwikkelen.

Conclusie

De AI-revolutie drijft de honger naar meer data. Datacenterarchitecturen evolueren om ervoor te zorgen dat ze niet alleen aan de huidige eisen voldoen, maar ook robuust en flexibel genoeg zijn om aan toekomstige eisen te voldoen.

Amphenol heeft jarenlange ervaring in het verfijnen van de PCIe-interface en ontwikkelde de Gen 5 Flip-connector om te voldoen aan veranderende datacenterbehoeften, terwijl compatibiliteit met bestaande apparatuur behouden blijft.

Auteur

David Pike

Bronnen

[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/