با توسعه سریع اقتصاد دیجیتال، تقاضا برای قدرت محاسباتی در مراکز داده به طور تصاعدی در حال افزایش است و گلوگاه اتلاف گرما سرورهای سنتی{0}}با هوای خنک شده در سناریوهای محاسباتی با چگالی بالا به طور فزایندهای برجسته میشود. فن آوری خنک کننده مایع به یک جهت توسعه مهم برای راه حل های خنک کننده مرکز داده با راندمان اتلاف حرارت بالاتر و مصرف انرژی کمتر تبدیل شده است. در معماری اصلی سرورهای خنکشونده مایع، تختههای اتصال{4} با چگالی بالا بسیار مهم هستند. آنها نه تنها وظایف انتقال کارآمد سیگنال و نیرو را انجام می دهند، بلکه با سیستم خنک کننده مایع نیز برای پشتیبانی از عملکرد پایدار و انتشار عملکرد سرورها کار می کنند.
1، تخته اتصال با چگالی بالا: "هسته اتصال" سرورهای خنک شونده مایع
نیاز اصلی سرورهای خنکشونده مایع دستیابی به چگالی توان محاسباتی بالاتر در یک فضای محدود است که الزامات سختگیرانهای را برای یکپارچگی و کارایی اتصال اجزای داخلی ایجاد میکند. برد اتصال متقابل با چگالی بالا-سرورهای خنککننده مایع بهعنوان یک حامل اتصال بین اجزای اصلی مختلف در سرور، مانند CPU، GPU، حافظه، ماژولهای ذخیرهسازی و ماژولهای خنککننده مایع عمل میکند. ارزش اصلی آن در شکستن محدودیتهای مکانی روشهای اتصال متقابل سنتی از طریق طراحی سیمکشی بهینه و طرحبندی ساختاری فشرده، دستیابی به اهداف انتقال "حجم کوچک، پهنای باند بالا و تلفات کم" نهفته است.
در مقایسه با اجزای اتصال سرورهای سنتی، برد{0}}ارتباط داخلی با چگالی بالا اختصاص داده شده به سرورهای خنکشونده مایع دارای مزیت ویژهای در «دانسیته» است. از یک طرف، میتواند رابطهای سیگنال و کانالهای توان بیشتری را در واحد سطح یکپارچه کند، مانند یک برد اتصال واحد که میتواند همزمان از تعامل سیگنال بین چندین پردازنده با کارایی بالا و همچنین تخصیص دقیق چندین منبع تغذیه، جلوگیری از افزونگی اتصال ناشی از پراکندگی قطعات، پشتیبانی کند. از سوی دیگر، فاصله اتصال آن کوتاهتر است، که میتواند به طور موثر تاخیر و تضعیف را در حین انتقال سیگنال کاهش دهد و "ضمانت سیگنال" پایدار را برای محاسبات با سرعت بالا-سرورها ارائه دهد. در سیستمهای خنککننده مایع، تخته اتصال باید از نظر مکانی با اجزای خنککننده مانند صفحات سرد و خطوط لوله سازگاری داشته باشد. لازم است اطمینان حاصل شود که مسیر گردش مایع خنک کننده را مسدود نمی کند و از طریق طرح معقول به اتلاف گرما کمک می کند تا از تأثیر انباشت گرمای موضعی بر عملکرد انتقال جلوگیری شود.
2، ویژگی کلیدی: "قابلیت هاردکور" سازگار با سناریوهای خنک کننده مایع
محیط کار سرورهای خنکشونده مایع بهطور قابلتوجهی با سرورهای{0}}خنکشده با هوای سنتی متفاوت است، زیرا برای مدت طولانی در تماس نزدیک با مایع خنککننده قرار میگیرند و باید فشار دمای ناشی از چگالی توان محاسباتی بالاتر را تحمل کنند. بنابراین، برد اتصال با چگالی بالا سرورهای خنکشونده مایع دارای یک سری ویژگیهای کلیدی است که برای سناریوهای خنککننده مایع مناسب است:
اولا، مقاومت در برابر دمای بالا و عملکرد عایق عالی دارد. در حین کار سرورهای خنک شونده مایع، دما در مناطق خاصی ممکن است به سطح بالایی برسد و وجود مایع خنک کننده الزامات بیشتری را برای عایق بندی بردهای اتصال ایجاد می کند. تختههای اتصال با چگالی بالا برای سرورهای خنکشونده مایع معمولاً از بسترهای-و پوششهای عایق با کارایی بالا استفاده میکنند که میتواند ساختار فیزیکی و عملکرد الکتریکی پایدار را در محیطهای با دمای بالا حفظ کند و خنککننده را به طور مؤثر از مدارهای داخلی جدا کند و از خطرات ایمنی مانند اتصال کوتاه جلوگیری کند.
در مرحله دوم، قابلیت اطمینان بالا و قابلیت ضد لرزش. عملکرد پمپ های آب و تعمیر و نگهداری روزانه سرورها در سیستم های خنک کننده مایع ممکن است ارتعاشات خاصی ایجاد کند و برد اتصال به عنوان جزء اصلی اتصال مستقیماً بر عملکرد کلی سرور از نظر پایداری اتصال تأثیر می گذارد. این نوع تخته اتصال، از طریق فناوری بستهبندی بهینه و طراحی تقویتکننده، میتواند به طور موثر در برابر ضربه لرزش مقاومت کند، از استحکام اتصالات رابط اطمینان حاصل کند و خطر تماس ضعیف و سایر خطاهای ناشی از لرزش را کاهش دهد.
علاوه بر این، قابلیت کمک به اتلاف حرارت کارآمد نیز یکی از ویژگی های مهم آن است. اگرچه سیستمهای خنککننده مایع نقش عمدهای در اتلاف گرما دارند، اما خود تختههای اتصال با چگالی بالا نیز هنگام انتقال سیگنالها و الکتریسیته، مقدار معینی گرما تولید میکنند. برخی از تختههای اتصال با چگالی بالا برای سرورهای خنکشونده با مایع از طرحهای ساختاری خاصی مانند کانالهای اتلاف حرارت رزرو شده و مواد با رسانایی حرارتی خوب استفاده میکنند تا گرمای تولید شده توسط خودشان را به سیستم خنککننده مایع منتقل کنند و کارایی کلی اتلاف گرما را بیشتر در سرورها بهبود بخشند.
3، سناریوی کاربردی: پشتیبانی از ارتقاء تقاضای توان محاسباتی در زمینه های مختلف
با توسعه سریع فناوری هایی مانند 5G، هوش مصنوعی، داده های بزرگ و محاسبات ابری، تقاضا برای قدرت محاسباتی در صنایع مختلف به طور مداوم در حال افزایش است. سرورهای خنکشونده مایع بهطور گسترده در سناریوهای چندگانه با چگالی محاسباتی بالا استفاده میشوند و صفحه{2}}اینترنت اتصال با چگالی بالا سرورهای خنکشونده مایع، بهعنوان جزء اصلی سرورهای خنکشونده مایع، نیز نقش مهمی در این سناریوها ایفا میکند.
در سناریوهای آموزش هوش مصنوعی و استنباط، سرورهای هوش مصنوعی معمولاً به چند پردازنده گرافیکی-با عملکرد بالا، با چگالی توان محاسباتی بسیار بالا و نیازهای سرمایش فوری مجهز هستند. بردهای اتصال با چگالی بالا میتوانند-به اتصال سیگنال با سرعت بالا بین چندین GPU، CPU و حافظه دست یابند و از میلیاردها کار محاسباتی در ثانیه پشتیبانی میکنند. در همان زمان، آنها با سیستمهای خنککننده مایع کار میکنند تا اطمینان حاصل کنند که GPUها در یک محیط دمایی پایدار کار میکنند و از تخریب توان محاسباتی یا آسیب سختافزار ناشی از دماهای بالا جلوگیری میکنند.
در سناریوهای مرکز داده رایانش ابری،-خوشههای سرور در مقیاس بزرگ به برنامهریزی منابع کارآمد و قابلیتهای انتقال داده نیاز دارند. سرورهای خنک شونده مایع به دلیل مزایای مصرف انرژی پایین و راندمان اتلاف گرما بالا به انتخاب مهمی برای مراکز داده رایانش ابری تبدیل شدهاند. برد اتصال متقابل با چگالی بالا مسئول اتصال اجزای داخلی سرور با شبکههای خارجی و دستگاههای ذخیرهسازی است. از طریق پهنای باند بالا و عملکرد انتقال با تاخیر کم، کارایی عملیاتی کلی مرکز داده را بهبود می بخشد و نیازهای پردازش و انتقال سریع داده های عظیم در سناریوهای رایانش ابری را برآورده می کند.
در سناریوهای محاسباتی با عملکرد بالا، مانند پیشبینی آب و هوا، شبیهسازی هوافضا، بیوداروها و غیره، سرورها باید قابلیتهای محاسباتی موازی قوی داشته باشند و چگالی توان محاسباتی یک سرور به مراتب بیشتر از سناریوهای معمولی است. بردهای اتصال متقابل با چگالی بالا میتوانند پشتیبانی اتصال کارآمدی را برای چندین پردازنده، کارتهای شتاب و سایر مؤلفهها در سرورهای HPC فراهم کنند، و ضمن تطبیق با الزامات اتلاف گرما در سیستمهای خنککننده مایع، کار مشترک بین اجزا را تضمین کنند، و تضمینهایی را برای عملکرد پایدار وظایف محاسباتی با کارایی بالا- ارائه دهند.
4، اقدامات احتیاطی نمونه برداری: مراحل کلیدی برای اطمینان از عملکرد و سازگاری محصول
نمونه برداری از تخته های اتصال{0} با چگالی بالا برای سرورهای خنک شونده با مایع، مرحله اصلی انتقال از طراحی به تولید انبوه است، که مستقیماً بر اینکه آیا محصول می تواند با سناریوهای خنک کننده مایع سازگار شود و الزامات عملکرد را برآورده کند، تأثیر می گذارد. در طول فرآیند نمونهبرداری، توجه دقیق به اقدامات احتیاطی زیر برای جلوگیری از خطرات احتمالی تولید یا عدم انطباق عملکرد ناشی از جزئیات نادیده گرفته شده مهم است:
(1) قبل از نمونه برداری: الزامات و انتخاب مواد را روشن کنید
قبل از نمونه برداری، لازم است الزامات به طور کامل با تیم طراحی و فروشندگان سرورهای پایین دست، به ویژه برای شرایط خاص سناریوهای خنک کننده مایع، هماهنگ شود. از یک طرف، لازم است شاخص های عملکرد الکتریکی برد اتصال، مانند پهنای باند انتقال، آستانه تضعیف سیگنال، دقت توزیع برق و غیره روشن شود تا اطمینان حاصل شود که محصولات نمونه می توانند با الزامات انتقال توان محاسباتی سرور مطابقت داشته باشند. از سوی دیگر، برای جلوگیری از انحرافات نمونهبرداری ناشی از الزامات نامشخص، لازم است روی تأیید الزامات سازگاری محیطی در محیطهای خنکشونده مایع، مانند محدوده دمای عملیاتی، سازگاری مایع خنککننده و سطح ضد لرزش و غیره تمرکز شود.
انتخاب مواد اساس نمونه برداری موفق است و اولویت باید به انطباق با ویژگی های سناریوهای خنک کننده مایع داده شود. بستر باید از مواد مقاوم در برابر دمای بالا و مواد دی الکتریک کم با اتلاف انتخاب شود تا عملکرد الکتریکی پایدار را حتی در محیط دمای بالا سرورهای خنک شونده با مایع تضمین کند. پوشش عایق باید از نوعی باشد که در برابر خوردگی مایع خنک کننده مقاوم بوده و دارای استحکام عایق بالایی باشد تا از نفوذ مایع خنک کننده و ایجاد اتصال کوتاه مدار جلوگیری کند. برای مناطقی که نیاز به اتلاف حرارت کمکی دارند، می توان از بسترهای فلزی یا چسب های رسانای حرارتی با هدایت حرارتی بالا برای بهبود راندمان انتقال حرارت استفاده کرد. در عین حال، مواد باید با استانداردهای محیطی صنعت مطابقت داشته باشند تا به دلیل انتشار مواد مضر بر محیط داخلی سرور تأثیر نگذارند.
(2) فرآیند نمونه برداری: کنترل دقیق فرآیند و دقت ابعادی
کنترل فرآیند مستقیماً پایداری عملکرد تختههای متصل را تعیین میکند و باید توجه ویژهای به سیمکشی، حفاری و لحیم کاری با تراکم بالا{0} شود. هنگام استفاده از سیمکشی با تراکم بالا، عرض و فاصله خط باید کاملاً از الزامات طراحی پیروی کند تا از ظرفیت ناکافی حمل جریان به دلیل عرض خط نازک یا تداخل سیگنال ناشی از فاصله خطوط نزدیک جلوگیری شود. در طول فرآیند حفاری، لازم است به شدت تحمل دیافراگم و دقت موقعیت سوراخ را کنترل کرد، به ویژه برای سوراخ های موقعیت یابی که به اجزای خنک شونده مایع متصل می شوند، تا از مونتاژ دقیق تخته اتصال با صفحه سرد و خطوط لوله به دلیل انحراف موقعیت سوراخ جلوگیری شود. فرآیند جوشکاری به فناوری جوش{3} بدون سرب نیاز دارد و دما و زمان جوشکاری باید بر اساس نوع قطعه تنظیم شود تا به دلیل دمای بالا به زیرلایه یا جزء آسیب نرسد. در عین حال، اطمینان حاصل کنید که اتصالات لحیم کاری پر و بدون لحیم کاری مجازی هستند و قابلیت اطمینان اتصال را بهبود می بخشند.
دقت ابعادی کلید تطبیق تخته های متصل به فضای سرورهای خنک شونده مایع است و کنترل دقیق ابعاد کلی و تلرانس های ساختاری محلی مورد نیاز است. با توجه به فضای داخلی فشرده سرور خنک کننده مایع، لازم است اطمینان حاصل شود که اندازه برد اتصال با فضای نصب مطابقت دارد تا از شکست نصب یا شل شدن ناشی از اندازه نامناسب جلوگیری شود. برای قطعات رابطی که با اجزای دیگر مانند اسلاتهای CPU و رابطهای حافظه ارتباط دارند، لازم است اطمینان حاصل شود که اندازه رابط و شکاف اتصال قطعات با استانداردها مطابقت دارند تا از تماس ضعیف یا مشکلات نصب ناشی از مشکلات شکاف جلوگیری شود. علاوه بر این، برای جلوگیری از اتصال نامناسب با اجزای خنک شونده با مایع به دلیل تاب برداشتن، که ممکن است بر اثر اتلاف گرما تأثیر بگذارد، باید صافی تخته اتصال را بررسی کرد.
(3) پس از نمونه برداری: آزمایش جامع و تأیید سناریو
پس از تکمیل نمونه، آزمایش عملکرد جامع و تأیید سناریو مورد نیاز است تا اطمینان حاصل شود که محصول با الزامات مطابقت دارد. آزمایش عملکرد الکتریکی باید یکپارچگی سیگنال، یکپارچگی توان و عملکرد عایق را پوشش دهد: آزمایش یکپارچگی سیگنال میتواند تلفات انتقال و تلفات برگشتی را از طریق یک تحلیلگر شبکه اندازهگیری کند تا اطمینان حاصل شود که تضعیف سیگنال الزامات را در پهنای باند طراحی برآورده میکند. آزمایش یکپارچگی توان به اندازه گیری امواج ولتاژ و نویز برای اطمینان از توزیع پایدار توان نیاز دارد. آزمایش عملکرد عایق نیازمند اعمال ولتاژ نامی از طریق تستر ولتاژ برای آزمایش مقاومت عایق و مقاومت در برابر مقادیر ولتاژ است تا از شکست عایق جلوگیری شود.
آزمایش سازگاری محیطی مستلزم شبیهسازی سناریوی کاری واقعی سرورهای خنکشده با مایع است، از جمله آزمایش پیری در دمای بالا، آزمایش غوطهور شدن مایع خنککننده، و تست لرزش. آزمایش پیری در دمای بالا میتواند به طور مداوم برد اتصال را در محیطی با دمای{2} و رطوبت بالا آزمایش کند، تغییرات عملکرد الکتریکی آن را مشاهده کند و توانایی آن را برای مقاومت در برابر دماهای بالا و رطوبت بالا تأیید کند. آزمایش غوطه وری مایع خنک کننده مستلزم غوطه ور کردن برد اتصال در خنک کننده معمولی سرورها است و پس از آزمایش مداوم، ظاهر و عملکرد عایق را برای اطمینان از عدم خوردگی یا نفوذ بررسی کنید. تست ارتعاش باید طبق استانداردهای سطح ارتعاش سرور انجام شود. پس از آزمایش، بررسی کنید که آیا اتصالات و رابط های لحیم کاری شل هستند یا خیر، و توانایی ضد لرزش را بررسی کنید.
علاوه بر این، لازم است تأیید سازگاری مونتاژ را با مونتاژ برد اتصال نمونهبرداری شده با اجزای خنکشونده مایع و اجزای هسته سرور انجام دهیم، و بررسی کنیم که آیا مونتاژ صاف است و آیا رابطها در تماس خوبی هستند یا خیر. در عین حال، اثر اتلاف گرما در حالت مونتاژ شده باید آزمایش شود. توزیع دمای تخته اتصال باید توسط یک تصویرگر حرارتی مادون قرمز اندازه گیری شود تا اطمینان حاصل شود که دمای هات اسپات از آستانه طراحی تجاوز نمی کند. فقط نمونه اولیه محصولاتی که تمام تست ها و تاییدیه ها را پشت سر گذاشته اند می توانند وارد مرحله تولید انبوه بعدی شوند.
در فرآیند ارتقای تبدیل مراکز داده به سمت-تراکم، راندمان بالا-و مصرف انرژی کم-از طریق سرورهای خنکشونده مایع، برد{3}}اینترنت با چگالی بالا سرورهای خنکشونده مایع به عنوان مؤلفه اتصال اصلی عمل میکند و عملکرد و کیفیت آن مستقیماً بر راندمان عملیاتی و خنکسازی مجدد سرور تأثیر میگذارد. فرآیند نمونه برداری علمی و دقیق، کلید تضمین این است که تخته های متصل{5} با چگالی بالا برای سناریوهای خنک کننده مایع مناسب هستند و الزامات عملکرد را برآورده می کنند.