数据中心的散热策略

不断增长的数据量和高速交换要求正在促使制造商在冷却策略方面发挥创意。

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不断增加的数据量和更高的开关速度要求创新的冷却策略,这些策略必须超越传统的散热器和风扇。

流服务,社交媒体,数字自动化和物联网(IoT)的激增导致数据量的快速增长。传感器为智能网络,智能工厂,智能家居和智能城市中的机器学习,自动驾驶,远程医疗保健以及照明和能源使用提供智能网络时,正在生成大量数据。

数据中心市场正在从100G接口过渡到400G,最终随着5G服务和高性能计算需求的实现,最终达到800G接口。为了帮助数据中心有效处理这些量并保护敏感设备免于过多热量积聚,运营商必须在保持较高信号完整性和有效散热管理的同时管理更高的开关速率。尽管增加了带宽并增加了数据流量,但大多数数据中心尚未更改其系统中使用的连接器形状。但是连接器供应商正在迅速开发创新的产品解决方案,以满足这些苛刻的新数据中心需求。

TE Con​​nectivity产品经理Zach Galbraith认为,该公司的Thermal Bridge解决方案 -一种在DesignCon 2019上发布的创新性机械形式的热间隙垫或热界面材料(TIM)-将有助于数据中心在处理更高数据的同时保持系统散热卷。热桥解决方案采用交错板设计,具有大量平行板,这些平行板将热量从I / O模块传递到冷却区域,并在TE的单层,堆叠和组合式QSFP,QSFP-DD,SFP和SFP-DD中提供连接器。

“整个市场开始通过类似大小的连接器尺寸因素移动更多的带宽和更多的数据。与这些[连接器]相关的热量分布继续上升,”加尔布雷思说。尤其是要从光模块中散热,然后将其移动到其他位置,而不仅仅是光模块周围,这意味着接口变得“越来越重要”。

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TE Con​​nectivity提供QSFP,QSFP-DD,SFP和SFP-DD尺寸的单层和堆叠式热桥,并具有单层,堆叠和成组配置。

他继续说道,TE的热桥解决方案“充当I / O模块或电缆组件插头与冷却板或成组的散热器应用之间的桥梁”,并且比传统材料更有效,因为它不必依赖在高压缩水平上达到性能水平。对于间隙垫和TIM,客户必须具有某种弹簧机制或施加很大的力才能向下压并压缩橡胶材料,以确保热量有效传递。热桥不需要。它要做的就是与I / O模块和某种类型的冷板或成组的散热器接触以传递热量。”

此外,间隙垫和TIM随时间推移会降低性能,这意味着随着时间的流逝必须施加更大的压力才能保持初始性能。或者,如果需要维修线卡或应用程序,则不必更换TE的热桥,因为它具有TE提供的所有其他散热器和散热解决方案的资格。

“客户的反馈告诉我们,当他们开始拆开包装盒以维修线卡时,他们必须更换间隙垫和TIM,并依靠安装者或OEM来做到这一点。我们的Thermal Bridge解决方案将控制权交给了OEM和设计公司,因为最终应用程序也不需要更换它们。” Galbraith说。热桥的温度和湿度会随着时间的推移保持一致,这意味着不需要更换或增加压缩力,并且弹簧机构是设计的内部组件,从而简化了配对结构。

热路由选项

Samtec的技术营销经理Matt Burns表示,该公司在过去五年中看到其数据中心业务增长了40%以上。他说:“数据需求无国界。”

从边缘到云端,当今的硅收发器都以56至112Gb / s的PAM4数据速率运行。Burns说:“以这种速度,标准的PCB材料和设计技术会限制性能。” Samtec开发了Flyover®技术来克服这些挑战。Flyover设计通过专有的EyeSpeed®低偏斜双轴电缆将信号从前面板路由到中板,从而扩展了信号的到达范围和密度,该设计旨在消除单独延伸的介电双轴电缆扩展的不一致性。信号完整性,带宽和范围。

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Samtec的立交桥QSFP-DD

在DesignCon 2019上,该公司展示了FQSFP-DD,这是第一个将Flyover架构应用于QSFP-DD尺寸的产品。Burns说:“ FQSFP-DD系列利用了QSFP-DD MSA(多源协议)的机架和散热选项,但提供了改进的性能和体系结构灵活性。” 他还指出,1U服务器机箱中可插拔笼子的密度要求散热。Samtec为此提供了HS-QSDP-DD系列散热器。

导热材料的选择

除了采用新的硬件技术来改善系统的热性能外,封装和设备级的热管理解决方案(包括散热器,导电油脂或薄膜以及定制的散热器)还可以帮助散热。在系统方面,伯恩斯说,解决方案可能包括确定挡板或充气室的大小,风扇和/或策略性风扇的放置,优化组件的放置以及使用热管或蒸气室。

还应该仔细考虑材料,以最大化热管理和冷却策略,因为尺寸,重量和成本始终是设计考虑因素。“铝是我们的首选,因为它简化了制造过程,不需要二次涂饰,而且重量轻且相当合算。”这是有益的,因为“可靠性可以与高冲击和振动环境中的重量相关,”烧伤。“ Samtec提供电缆管理支持,有助于最小化包装盒内的电缆尺寸,密度,重量和歪斜。”

显然,对数据中心的需求不会减少。因此,令人放心的是,受信任的连接器供应商精通快速变化的数据需求,几乎影响到所有市场,他们正在积极开发创新的新产品,这将有助于减轻我们日益互联的生活方式的热成本。
 
【摘自Bishop杂志,作者:Caroline Hayes,November 20, 2019】

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