Thiết kế kết nối cho trung tâm dữ liệu

Trí tuệ nhân tạo (AI) đã thu hút được rất nhiều sự chú ý trong vài năm qua đến mức rất ít lĩnh vực của cuộc sống hiện đại không được hưởng lợi từ AI hoặc máy học (ML) theo một cách nào đó. Sự tăng trưởng này đã tạo ra nhu cầu rất lớn đối với các trung tâm dữ liệu. Kiến trúc của họ đã thay đổi để đối phó với khối lượng dữ liệu ngày càng tăng và cơ sở hạ tầng hỗ trợ nó đã phát triển song song để cung cấp thông tin liên lạc đáng tin cậy trong môi trường trung tâm dữ liệu.

Do đó, các trung tâm dữ liệu phải áp dụng các giải pháp kết nối tốc độ cao, độ trễ thấp để bắt kịp với khối lượng công việc đang phát triển. Một xu hướng mới được gọi là phân tách đã khiến nhu cầu này trở nên quan trọng hơn.

Các kiến trúc điển hình cung cấp cho mỗi bộ xử lý bộ nhớ riêng. Điều này giữ cho độ trễ thấp nhưng dẫn đến việc sử dụng tài nguyên bộ nhớ không hiệu quả. Khi các yêu cầu thay đổi theo thời gian, một bộ xử lý có thể gặp phải một khoảng thời gian hoạt động thấp trong khi một bộ xử lý khác bị quá tải. Kết quả là tình huống mô-đun quá tải không đủ dung lượng bộ nhớ trong khi mô-đun liền kề có bộ nhớ dự phòng.

Phân tách loại bỏ bộ nhớ khỏi mỗi bộ xử lý và gộp nó để tạo ra một tài nguyên duy nhất có thể được sử dụng hiệu quả hơn. Tuy nhiên, sự tách biệt vật lý giữa bộ nhớ và bộ xử lý này nhấn mạnh nhu cầu kết nối hiệu suất cao.

Cân nhắc thiết kế PCIe cho trung tâm dữ liệu

Khi chọn kết nối cho kiến trúc trung tâm dữ liệu mới nhất, các kỹ sư phải chọn các thành phần có thể hỗ trợ nhu cầu hiện tại và tương lai của cuộc cách mạng AI. Tuy nhiên, đây không phải là cân nhắc duy nhất ảnh hưởng đến việc lựa chọn đầu nối. Các kỹ sư phải đảm bảo rằng các đầu nối của họ có thể xử lý thông lượng dữ liệu cần thiết, bền bỉ để sử dụng lâu dài và tương thích với các hệ thống hiện có để nâng cấp đơn giản. Kết nối thành phần ngoại vi Express (PCIe^®) là một kết nối chính để truyền dữ liệu nội bộ tốc độ cao trong các trung tâm dữ liệu cung cấp năng lượng cho các ứng dụng AI mới nhất.

Một mối quan tâm quan trọng khác đối với các nhà khai thác là quản lý nhiệt. Khi nhu cầu sức mạnh tính toán tăng lên, một số giá đỡ đang tiêu thụ tới 100kW. Sự gia tăng công suất này tạo ra sự gia tăng nhiệt tương tự do thiết bị tạo ra. Nỗ lực cần thiết để làm mát trung tâm dữ liệu có thể chiếm tới 40% tổng chi phí vận hành của trung tâm dữ liệu.^[1]Theo hướng dẫn của Hiệp hội Kỹ sư Sưởi ấm, Điện lạnh và Điều hòa Không khí Hoa Kỳ (ASHRAE), nhiệt độ môi trường được khuyến nghị cho các trung tâm dữ liệu nằm trong khoảng từ 64,4 ° F đến 80,6 ° F (18 ° C đến 27 ° C).^[2]Khi chi phí năng lượng tăng lên, nhiều nhà khai thác hiện đang hoạt động ở mức cao hơn của phạm vi đó.

Đầu nối đóng một vai trò lớn trong việc quản lý nhiệt. Là một số thành phần lớn nhất trên bảng mạch in hiện đại (PCB), kích thước và vị trí của chúng có thể ảnh hưởng đến luồng không khí và ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của hệ thống giữ mát.

Điều quan trọng nữa là phải hiểu ảnh hưởng của nhiệt độ đối với hiệu suất của đầu nối. Mật độ cao của các thành phần hoạt động hoặc làm mát không đồng đều có thể tạo ra các điểm nóng. Các đầu nối phải không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao hơn, không chỉ để đảm bảo an toàn mà còn để duy trì hiệu quả của chính đầu nối. Ở nhiệt độ cao, cần giảm dòng điện đi qua đầu nối để tránh tạo thêm nhiệt.

Điều này có nghĩa là các nhà thiết kế cần cân bằng khả năng tương thích với cơ sở hạ tầng hiện có, tối đa hóa khả năng của hệ thống và nhu cầu làm mát hệ thống đang sử dụng. Các đầu nối rất quan trọng đối với những cân nhắc này.

Đầu nối PCIe thế hệ tiếp theo

Để giúp kỹ sư hiện đại, Amphenol FCI đã phát hành đầu nối cạnh thẻ PCI Express Gen 5 Flip CEM. Nó sử dụng giao diện PCIe tiêu chuẩn, đảm bảo khả năng tương thích với hàng loạt thiết bị từ các thế hệ trước đã được sử dụng (Hình 1).^[3]Tuy nhiên, các tính năng thiết kế của đầu nối Gen 5 mang lại những lợi thế chính cho các ứng dụng trung tâm dữ liệu mới nhất.

Hình 1:Đầu nối cạnh thẻ Amphenol FCI PCI Express Gen 5 Flip CEM tương thích với thiết bị hiện có và tiết kiệm tới 19,5% không gian trong các khu vực ngăn chặn PCB. (Nguồn: Mouser Electronics)

Các đầu nối PCIe truyền thống có hai hàng tiếp điểm, mỗi hàng được sắp xếp theo hướng 180 ° với nhau, tạo ra dấu chân PCB lớn hơn thân đầu nối. Ngược lại, thiết kế Amphenol Flip CEM căn chỉnh cả hai hàng tiếp điểm theo cùng một hướng, giảm dấu chân PCB lên đến 19,5 phần trăm. Kết quả là một đầu nối lý tưởng cho các ứng dụng phải được đặt gần cạnh của PCB.

Đầu nối PCIe Amphenol Gen 5 tương thích với thiết bị hiện có và cung cấp đầy đủ khả năng Gen 5 lên đến 32GT/s. Thiết kế mạnh mẽ của nó hỗ trợ nhu cầu trung tâm dữ liệu hiện tại và cung cấp lộ trình nâng cấp rõ ràng khi công nghệ tiếp tục phát triển.

Kết luận

Cuộc cách mạng AI đang thúc đẩy nhu cầu về nhiều dữ liệu hơn. Kiến trúc trung tâm dữ liệu đang phát triển để đảm bảo rằng chúng không chỉ đáp ứng các yêu cầu ngày nay mà còn đủ mạnh mẽ và linh hoạt để đáp ứng nhu cầu trong tương lai.

Amphenol có nhiều năm kinh nghiệm trong việc tinh chỉnh giao diện PCIe và phát triển đầu nối Gen 5 Flip để hỗ trợ nhu cầu trung tâm dữ liệu đang phát triển trong khi vẫn duy trì khả năng tương thích với thiết bị hiện có.

Tác giả

David Pike

Nguồn

[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/