למד כיצד מחברי ניתוק-מהיר מבטיחים מערכות קירור נוזל אמינות במרכזי נתונים AI

הפריסה של בינה מלאכותית (AI) מגבירה את הביקוש למרכזי נתונים בעלי ביצועים גבוהים ולתשתיות מחשוב מתקדמות. מערכות אלו מייצרות חום משמעותי, ומתכננים מגלים שקירור בהסעה ובאוויר מאולץ מסורתיים אינם מספיקים כדי לעמוד בדרישות הניהול התרמי שלהן. עבור מרכזי מחשוב מהדור הבא, מתכננים פונים לקירור נוזל בשל פיזור החום היעיל ביותר שלו. האתגר בפני מתכננים הוא הצורך בהרחבת מערכות המחשוב, התאמתן ותחזוקתן, והחלפתן ללא פירוק מערכת הקירור.

חלק מהפתרון טמון במחברי קירור-נוזל שניתן לחבר או לנתק במהירות, מה שמאפשר קירור יעיל מבלי להקריב גמישות תחזוקה או יכולת הרחבה מודולרית. מחברים כאלה צריכים להיות קומפקטיים, אמינים, עמידים בפני קורוזיה, חסיני דליפה וקלים לשימוש, עם עמידות מחזורי חיבור גבוהה.

מאמר זה מספק סקירה קצרה של האתגרים העומדים בפני מתכנני מערכות קירור של תשתיות AI. לאחר מכן, הוא מציג מחברי קירור נוזל ניתוק-מהיר (QD) מבית Amphenol ומראה כיצד לבחור וליישם אותם כדי להתמודד עם אתגרים אלה.

ניתוקים מהירים

קירור נוזל של אלקטרוניקה, במובן הבסיסי ביותר, משתמש בנוזל קירור הזורם תחת לחץ כדי לקרר התקנים אלקטרוניים המותקנים על פלטות קרות מחוברות למחליפי חום חיצוניים. נוזל הקירור שהתחמם יוצא מהפלטה הקרה ומוזרם למחליף החום, שם הוא מקורר ומוחזר למחזור קירור חוזר. כשיש צורך לקרר התקנים מרובים, סעפות מחלקות את נוזל הקירור לכל פלטה קרה. נוזלי קירור נפוצים כוללים מים נטולי יונים (Deionized water), אתילן גליקול ופרופילן גליקול. נוזלי קירור אלה אינם מוליכים, מונעים נזק לרכיבים אלקטרוניים תחת מתח במקרה של דליפה. כל מחליף חום זקוק הן לקו כניסה קר והן לקו יציאה חם.

החלק המורכב הוא תכנון המערכת כך שניתן יהיה להסיר את הפלטה הקרה ואת ההתקן האלקטרוני מבלי לפרק את מערכת הקירור. כאן נכנסים לתמונה מחברי ה-QD (איור 1). התקנים אלו, מסוג תקע QD אוניברסלי (UQD) ושקע אוניברסלי להתקנה עיוורת (UQDB) מאפשרים הפרדה של קווי נוזל קירור ללא דליפה.

איור 1: מוצגות דוגמאות של תקע UQD ושקע UQDB של קירור נוזל הממחישים את פעולת החיבור שלהם. (מקור תמונה: Amphenol)

מחברים אלה, הזמינים במגוון גדלים, סיומות ותצורות חיבור, מסייעים למתכננים לשלב חיבורי נוזל קירור במגוון רחב של ארכיטקטורות תעשייתיות ומרכזי נתונים. שקעי ה-UQDB מתוכננים לחיבור עיוור עם תקע ה-UQD בתוך ארונות סגורים ללא גישה לחלק האחורי של הארון. התקע והשקע מותקנים כל אחד על הפלטה הקרה המתאימה לו, במקומות מוגדרים, תוך שימוש במוטות הברגה. אטמי O-ring אוטמים את גוף ה-QD למשטח ההרכבה. לכל פלטה קרה יש שני מחברי QD: אחד לנוזל הקירור הקר ואחד לנוזל הקירור המחומם החוזר. כשהשרת או התקן אלקטרוני אחר מותקן, השקע, עם הפתח הקוני שלו, מוביל את התקע לתצורה המחוברת. מחברי ה-QD מסומנים בדרך כלל בטבעות זיהוי: כחול לקווים קרים ואדום לקווים חמים חוזרים.

מחברי QD אלה מתאפיינים בפעולת ניתוק-יבש שאוטמת מפני דליפת נוזל קירור במהלך ניתוק. הם כוללים שסתומים פנימיים שנשארים סגורים במהלך חיבור עד שהחצאים המתחברים משולבים במלואם, ואז נפתחים לזרימה מקסימלית של נוזל קירור. במהלך ניתוק, השסתומים נסגרים לפני שהאטם נפתח, אוטמים את תעלת נוזל הקירור ומונעים דליפה.

פרויקט מחשוב פתוח (Open Compute Project)

פרויקט המחשוב הפתוח (The Open Compute Project -OCP) הוא ארגון המיישם את היתרונות של קוד פתוח ושיתוף פעולה פתוח בפיתוח חומרה, ובכך מאיץ חדשנות בתעשיית המחשבים. מערכות קירור הן אחד מתחומי הדאגה שלהם. הם פרסמו מפרטי UQD ו-UQDB, שמתארים את המאפיינים של מחברים אלה.

ה-OCP מציין התקני QD בארבע מידות: UQD02,‏ UQD04,‏ UQD06 ו-UQD08 (ו-UQDB02,‏ UQDB04,‏ UQDB06 ו-UQDB08). המספר המופיע בסימון מציין את קוטר פתח מעבר הנוזל ומתאים בהתאמה ל-"1/8, "1/4, "3/8 ו-"1/2. פתח מעבר הנוזל קובע את קצב הזרימה המרבי של המחבר.

מקור יחיד למחברי QD

עבור מתכנני מערכות קירור נוזל, יעיל שיהיה מקור יחיד אמין של מחברי QD.

חברת Amphenol הציגה סדרה של זוגות UQD/UQDB במגוון רחב של מידות OCP, אפשרויות הרכבה וסיומות. הם מתוכננים לסביבות קשות הנפוצות ביישומי מרכזי נתונים. חומר המעטפת לכל הרכיבים במשפחה זו הוא פלדת אל-חלד. הרכיבים הפנימיים החשופים לנוזל הקירור, כגון קפיצים פנימיים, עשויים מפלדת אל-חלד עמידה בפני קורוזיה. הם מתוכננים לעבוד עם נוזלי קירור נפוצים, וכל הרכיבים בסדרה מדורגים ללחצי עבודה של 0 עד 87 פאונד לאינץ' מרובע (PSI) (0 עד 0.6 מגה-פסקל (MPa)). הם יכולים לעמוד בלחץ מרבי בטוח של ‎290 PSI (2.0 MPa) ולעבוד בתחום טמפרטורות של 40°C- עד 105°C+.

לדוגמה, ה- UQDBP-02TMU01-N000 (איור 2) הוא תקע UQDB02 תואם OCP (גרסה 1.0) עם מוט הברגה חיצוני UNF 7/16-20 לסיום, ומשתמש באטמי O-ring.

איור 2: ה-UQDBP-02TMU01-N000 הוא תקע UQDB02 תואם OCP עם מוט הברגה חיצוני לסיום. (מקור תמונה: Amphenol)

לחץ במערכת קירור נוזל הוא המקבילה למתח במעגל חשמלי. קצב זרימה (ספיקה) הוא המקבילה לזרם. קצב הזרימה מתואר על ידי מקדם הזרימה (Cv); ככל שערך ה-Cv גבוה יותר, כך כושר הספיקה גדול יותר. למחברי הניתוק מהיר Amphenol UQDB02/04/06/08 יש ערכי Cv של 0.4, 1.32, 2.11 ו-3.83, בהתאמה.

עקומת קצב-זרימה מתארת את הלחץ על פני מחבר הניתוק כפונקציה של קצב הזרימה (איור 3).

איור 3: גרף קצב-זרימה טיפוסי מציג את הקשר בין קצב הזרימה לבין הפרש הלחצים על פני המחבר עבור ארבעת גדלי המחברים, UQDB02 עד UQDB08. (מקור תמונה: Amphenol)

בהינתן שקצב הזרימה עולה באופן פרופורציונלי לקוטר המחבר, קצב הזרימה הנדרש קובע את ההתקן הנבחר. שים לב שהלחץ על פני מחבר הניתוק עולה עם עליית קצב הזרימה.

דאגה ביישומים אלקטרוניים היא מזעור נוכחות נוזלים בסביבה. בהתחשב בכך, מחברי ה-QD מציינים גם אובדן נוזל בעת ניתוק. מפרטי אובדן הנוזל של מחברי Amphenol UQDB02/04/06/08 הם 0.004, 0.004, 0.006 ו-0.01 מילי-ליטר (ml), בהתאמה.

החצי השני של זוג מחברי ה-QD הוא שקע חיבור-עיוור UQDBS-02TMU02-N000 (איור 4) עם הברגה UNF 9/16“-18.

איור 4: ה-UQDBS-02TMU02-N000 הוא שקע חיבור-עיוור עם הברגה UNF 9/16”-18. (מקור תמונה: Amphenol)

סדרת ה-UQD/UQDB משתמשת במנגנון נעילה בלחיצה המבטיח חיבורים בטוחים חסיני דליפה בין אלמנטים של מערכת קירור. תקע ה-UQDB02 מתחבר לשקע זה עם כוח חיבור של 49 ניוטון (N) (כוח של 10.6 פאונד) בלחץ אפס. כוח החיבור עולה עם עלייה בקוטר המחבר (‎58 N,‏ ‎60 N ו-‎68 N עבור UQDB04/06/08, בהתאמה).

אפשרות סיום (קצה) נוספת היא פיית צינור (Hose barb) לצורך חיבור צינור לשקע, כפי שמוצג ב-UQDS-02HSH01-L000 (איור 5).

איור 5: ה-UQDS-02HSH01-L000 הוא דוגמה לשקע UQD02 עם סיום (קצה) פיית צינור וטבעות זיהוי כחולות המציינות שהוא נושא נוזל קירור קר. (מקור תמונה: Amphenol)

צינור מאפשר גמישות רבה יותר בחיבור האלמנטים של מערכת קירור. פיית הצינור מתאימה לצינור עם קוטר פנימי (ID) של 1/4 אינץ' (.in). מחברים גדולים יותר בסדרה משתלבים עם פיות צינור גדולות יותר כדי לשמור על קצב זרימה מתאים.

פסי הזיהוי, כפי שצוין קודם לכן, מסמנים את המחבר ככזה המוליך נוזל קירור קר או חם.

השקעים זמינים גם עם כפתור שחרור, כמו ב-UQDLS-02HSH01-L000 (איור 6).

איור 6: לשקע ה-UQDLS-02HSH01-L000 יש כפתור שחרור מובנה וסמן זיהוי אדום. (מקור תמונה: Amphenol)

כפתור השחרור מקל על ניתוק התקע והשקע המחוברים. השקע עם סגר כפתור לחיצה כולל כפתור בעיצוב שטוח שאינו בולט מעבר לגוף המחבר, מה שהופך אותו לנגיש בקלות בחללים צפופים. שקע זה מסתיים גם כן בפיית צינור של 1/4 אינץ' וכולל פס זיהוי אדום.

סיכום

מרכזי נתונים של בינה מלאכותית (AI) מתאפיינים יותר ויותר בצפיפות הספק גבוהה עם מערכות קירור נוזל מודולריות. מערכות אלו דורשות מחברים אטומים, ניתוק-יבש (Dry-break), במגוון גדלים ואפשרויות סיום, לצורך קירור בטוח ואמין בחללים צפופים. פתרונות UQD ו-UQDB תואמי OCP של Amphenol עונים על צרכים אלה כדי לתמוך בשימוש רציף ביישומי אלקטרוניקה הפועלים בתנאי סביבה תובעניים.