Projektowanie złączy dla centrów danych

Sztuczna inteligencja (AI) zyskała w ostatnich latach tyle uwagi, że bardzo niewiele obszarów współczesnego życia nie korzysta w jakiś sposób z AI lub uczenia maszynowego (ML). Ten wzrost wywołał ogromne zapotrzebowanie na centra danych. Ich architektura zmieniła się, aby sprostać stale rosnącej ilości danych, a infrastruktura wspierająca ją ewoluowała równolegle, zapewniając niezawodną komunikację w środowisku centrum danych.

W związku z tym centra danych muszą wdrażać rozwiązania łączności o dużej prędkości i niskim opóźnieniu, aby nadążyć za zmieniającymi się obciążeniami. Nowy trend zwany dysintegracją uczynił tę potrzebę jeszcze bardziej istotną.

Typowe architektury zapewniają każdemu procesorowi własną pamięć. Utrzymuje to niskie opóźnienia, ale skutkuje nieefektywnym wykorzystaniem zasobów pamięci. Ponieważ wymagania zmieniają się w czasie, jeden procesor może doświadczać okresu niskiej aktywności, podczas gdy inny jest przeciążony. W rezultacie przeciążony moduł ma niewystarczającą pojemność pamięci, podczas gdy sąsiedni moduł ma zapas pamięci.

Rozbiór usuwa pamięć z każdego procesora i łączy ją, tworząc jeden zasób, który można efektywniej wykorzystać. Jednak to fizyczne rozdzielenie pamięci i procesora podkreśla potrzebę wysokiej wydajności łączności.

Rozważania projektowe PCIe dla centrów danych

Wybierając łączność dla najnowszych architektur centrów danych, inżynierowie muszą wybierać komponenty, które mogą sprostać obecnym i przyszłym potrzebom rewolucji AI. Jednak to nie jedyny czynnik wpływający na wybór złącza. Inżynierowie muszą zapewnić, że ich złącza są w stanie obsłużyć wymaganą przepustowość danych, są trwałe do długotrwałego użytkowania oraz kompatybilne z istniejącymi systemami umożliwiającymi proste modernizacje. Ekspres Połączenia Komponentów Peryferyjnych (PCIe^®) jest kluczowym połączeniem dla szybkich wewnętrznych transferów danych w centrach danych, które napędzają najnowsze aplikacje AI.

Kolejnym istotnym problemem operatorów jest zarządzanie ciepłem. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na moc obliczeniową, niektóre szafy pobierają nawet 100 kW. Ten wzrost mocy powoduje podobny wzrost ciepła generowanego przez sprzęt. Wysiłek potrzebny do chłodzenia centrum danych może stanowić nawet do 40 procent całkowitych kosztów operacyjnych.^[1]Zgodnie z wytycznymi Amerykańskiego Towarzystwa Inżynierów Ogrzewania, Chłodnictwa i Klimatyzacji (ASHRAE), zalecane temperatury otoczenia dla centrów danych wahają się od 64,4°F do 80,6°F (18°C do 27°C).^[2]Wraz ze wzrostem kosztów energii wielu operatorów działa obecnie na wyższym końcu tego zakresu.

Złącza odgrywają dużą rolę w zarządzaniu termicznym. Jako jedne z największych elementów nowoczesnych płytek drukowanych (PCB), ich rozmiar i rozmieszczenie mogą wpływać na przepływ powietrza i bezpośrednio wpływać na to, jak skutecznie system pozostaje chłodzony.

Ważne jest również zrozumienie wpływu temperatury na działanie złącza. Wysoka gęstość aktywnych składników lub nierównomierne chłodzenie mogą powodować gorące punkty. Złącza muszą być odporne na wyższe temperatury, nie tylko ze względów bezpieczeństwa, ale także ze względu na utrzymanie efektywności samego złącza. W wysokich temperaturach konieczne jest ograniczenie przepływu prądu elektrycznego przez złącze, aby zapobiec dalszemu nagrzewaniu.

Oznacza to, że projektanci muszą wyważyć kompatybilność z istniejącą infrastrukturą, maksymalizując możliwości systemów oraz potrzebę chłodzenia używanego systemu. Złącza są kluczowe w tych kwestiach.

Złącze PCIe nowej generacji

Aby pomóc nowoczesnym inżynierom, Amphenol FCI wypuścił złącze krawędziowe karty PCI Express Gen 5 Flip CEM. Wykorzystuje standardowy interfejs PCIe, zapewniając kompatybilność z zestawem urządzeń z poprzednich generacji już działających (Rysunek 1).^[3]Jednak cechy projektowe złącza Gen 5 przynoszą kluczowe zalety dla najnowszych aplikacji w centrach danych.

Rysunek 1:Złącza krawędziowe karty Amphenol FCI Express Gen 5 Flip CEM są kompatybilne z istniejącym sprzętem i oszczędzają nawet do 19,5 procent miejsca w obszarach bez dostępu do PCB. (Źródło: Mouser Electronics)

Tradycyjne złącza PCIe mają dwa rzędy styków, każdy ustawiony w orientacji 180° względem siebie, co tworzy powierzchnię PCB większą niż korpus złącza. Dla porównania, konstrukcja Amphenol Flip CEM ustawia oba rzędy styków w tym samym kierunku, zmniejszając powierzchnię PCB nawet o 19,5 procent. Efektem jest złącze idealne do zastosowań, które musi być umieszczone blisko krawędzi PCB.

Złącze PCIe Amphenol Gen 5 jest kompatybilne z istniejącym sprzętem i oferuje pełne możliwości Gen 5 do 32GT/s. Jego solidna konstrukcja wspiera obecne potrzeby centrów danych i oferuje jasną ścieżkę modernizacji w miarę dalszego rozwoju technologii.

Podsumowanie

Rewolucja AI napędza apetyt na więcej danych. Architektury centrów danych ewoluują, aby nie tylko spełniać dzisiejsze wymagania, ale także być na tyle solidne i elastyczne, by sprostać przyszłym wymaganiom.

Amphenol ma wieloletnie doświadczenie w udoskonalaniu interfejsu PCIe i opracował konektor Flip Gen 5, aby wspierać zmieniające się potrzeby centrów danych, jednocześnie zachowując kompatybilność z istniejącym sprzętem.

Autor

David Pike

Źródła

[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/