Scopri come i connettori a disconnessione rapida garantiscono sistemi di raffreddamento a liquido affidabili nei data center per l'IA

La diffusione dell'intelligenza artificiale (IA) sta facendo crescere la domanda di data center ad alte prestazioni e di infrastrutture informatiche avanzate. Questi sistemi generano grandi quantità di calore e i progettisti trovano il raffreddamento tradizionale a convezione e ad aria forzata sempre più inadeguato a soddisfare i loro requisiti in termini di gestione termica. Per i centri di calcolo di prossima generazione, i progettisti si stanno orientando verso il raffreddamento a liquido per la sua alta efficienza nella dissipazione del calore. La sfida per i progettisti è che i sistemi informatici devono poter essere dimensionati, modificati, manutenuti e sostituiti senza che sia necessario smontare il sistema di raffreddamento.

Parte della soluzione risiede nei connettori di raffreddamento a liquido che possono essere rapidamente collegati o scollegati, consentendo un raffreddamento efficiente senza sacrificare la flessibilità della manutenzione o l'espandibilità modulare. Tali connettori devono essere compatti, affidabili, resistenti alla corrosione, privi di perdite e facili da usare, con un'elevata durata in termini di cicli di accoppiamento.

Questo articolo fornisce una breve panoramica delle sfide che i progettisti di sistemi di raffreddamento per infrastrutture di IA devono affrontare. Presenta quindi i connettori a disconnessione rapida (QD) per il raffreddamento a liquido di Amphenol e mostra come selezionarli e applicarli per affrontare queste sfide.

Connettori a disconnessione rapida

Il raffreddamento a liquido per l'elettronica, nella sua forma più elementare, utilizza un refrigerante che circola sotto pressione per raffreddare i dispositivi elettronici montati su piastre fredde e collegati a scambiatori di calore esterni. Il refrigerante riscaldato esce dalla piastra fredda e viene fatto circolare verso lo scambiatore di calore, dove viene raffreddato e poi rimesso in circolo. Quando è necessario raffreddare più dispositivi, i collettori distribuiscono il refrigerante a ciascuna piastra fredda. I refrigeranti più comuni sono acqua deionizzata, glicole etilenico e glicole propilenico. Questi refrigeranti sono non conduttivi, per prevenire danneggiamenti all'elettronica alimentata nell'eventualità di perdite. Ogni scambiatore di calore necessita di una linea fredda in ingresso e di una linea calda in uscita.

La difficoltà consiste nel progettare il sistema in modo che la piastra fredda e il dispositivo elettronico possano essere rimossi senza dover smontare il sistema di raffreddamento. È qui che entrano in gioco i connettori QD (Figura 1). Questi dispositivi QD universali maschio (UQD) e femmina (UQDB) ad accoppiamento cieco consentono di separare le linee del refrigerante senza perdite.

Figura 1: Esempi di connettori maschio UQD e femmina UQDB per il raffreddamento a liquido che illustrano la modalità di accoppiamento. (Immagine per gentile concessione di Amphenol)

Disponibili in varie dimensioni, terminazioni e configurazioni di connessione, questi connettori aiutano i progettisti a integrare le connessioni del refrigerante in un'ampia gamma di architetture industriali e di data center. I connettori femmina UQDB sono progettati per l'accoppiamento cieco con il maschio UQD in rack a telaio chiuso senza accesso al retro dell'armadio. I connettori maschio e femmina vengono montati sulla rispettiva piastra fredda in punti definiti mediante perni filettati. Il corpo del QD viene sigillato alla superficie di montaggio con tenute O-ring. Ogni piastra fredda è dotata di due connettori QD: uno per il refrigerante freddo e uno per il refrigerante di ritorno riscaldato. Per installare il server o altro dispositivo elettronico, il connettore femmina, con la sua apertura conica, guida il maschio nella configurazione di accoppiamento. I connettori QD sono generalmente contrassegnati da anelli di identificazione: blu per le linee fredde e rosso per i ritorni caldi.

Questi connettori QD sono dotati di un sistema di disconnessione a secco che impedisce le perdite di refrigerante quando vengono disaccoppiati. Contengono valvole interne che rimangono chiuse durante l'accoppiamento fino al completo innesto delle due metà, quindi si aprono per assicurare il massimo flusso di refrigerante. Quando i connettori vengono disaccoppiati, le valvole si chiudono prima della compromissione della tenuta, sigillando il canale del refrigerante e prevenendo le perdite.

Open Compute Project

Open Compute Project (OCP) è un'organizzazione che applica i vantaggi dell'open source e della collaborazione aperta allo sviluppo dell'hardware, accelerando l'innovazione nel settore informatico. Essendo i sistemi di raffreddamento una delle sue aree di interesse, l'organizzazione ha rilasciato le specifiche UQD e UQDB con la descrizione delle caratteristiche di questi connettori.

OCP specifica i dispositivi QD in quattro dimensioni: UQD02, UQD04, UQD06 e UQD08 (e UQDB02, UQDB04, UQDB06 e UQDB08). Il numero nella denominazione indica il diametro dell'apertura per il fluido e corrisponde rispettivamente a 1/8", 1/4", 3/8" e 1/2". L'apertura del fluido determina la portata massima del connettore.

Un unico fornitore di connettori QD

Per i progettisti di sistemi di raffreddamento a liquido, è efficiente disporre di un'unica fonte affidabile di connettori QD.

Amphenol ha introdotto una serie di coppie UQD/UQDB in un'ampia gamma di dimensioni OCP, opzioni di montaggio e terminazioni. Sono progettati per gli ambienti più difficili, comuni nelle applicazioni dei data center. Il materiale dell'involucro di tutti i componenti di questa famiglia è l'acciaio inossidabile. I componenti interni esposti al refrigerante, come le molle interne, sono realizzati in acciaio inossidabile resistente alla corrosione. Sono progettati per funzionare con i refrigeranti più diffusi e tutti i componenti della serie sono classificati per pressioni di lavoro da 0 a 0,6 MPa. Possono sostenere una pressione massima sicura di 2,0 MPa e funzionare in un intervallo di temperatura da -40 a +105 °C.

Ad esempio, il modello UQDBP-02TMU01-N000 (Figura 2) è un connettore maschio UQDB02 conforme a OCP (Rev. 1.0) con un perno filettato UNF 7/16-20 esterno per la terminazione, che utilizza guarnizioni O-ring.

Figura 2: UQDBP-02TMU01-N000 è un connettore maschio UQDB02 conforme a OCP con un perno filettato esterno per la terminazione. (Immagine per gentile concessione di Amphenol)

La pressione in un sistema di raffreddamento a liquido è analoga alla tensione in un circuito elettrico. La portata di liquido è l'equivalente della corrente. La portata è descritta dal coefficiente di flusso (Cv); maggiore è Cv, maggiore è la capacità di flusso. I connettori UQDB02/04/06/08 di Amphenol hanno valori di Cv rispettivamente di 0,4, 1,32, 2,11 e 3,83.

La curva di portata traccia la pressione attraverso il terminale di disconnessione in funzione della portata (Figura 3).

Figura 3: Grafico che mostra la relazione tra la portata e la differenza di pressione attraverso il terminale di disconnessione per le quattro varianti di connettore da UQDB02 a UQDB08. (Immagine per gentile concessione di Amphenol)

Dato che la portata aumenta proporzionalmente al diametro del connettore, la scelta del dispositivo dipende dalla portata richiesta. Tenere presente che la pressione attraverso il connettore aumenta con l'aumentare della portata.

Nelle applicazioni elettroniche è importante ridurre al minimo la presenza di liquidi nell'ambiente. Tenendo conto di ciò, i connettori QD specificano anche la perdita di fluido al momento della disconnessione. I connettori UQDB02/04/06/08 di Amphenol hanno specifiche di perdita di fluido rispettivamente di 0,004, 0,004, 0,006 e 0,01 ml.

L'altra metà della coppia di connettori QD è il connettore femmina ad accoppiamento cieco UQDBS-02TMU02-N000 (Figura 4) con filettatura UNF 9/16" -18.

Figura 4: UQDBS-02TMU02-N000 è un connettore femmina ad accoppiamento cieco con filettatura UNF 9/16" -18. (Immagine per gentile concessione di Amphenol)

La serie UQD/UQDB utilizza un meccanismo di chiusura con collegamento a pressione che garantisce connessioni sicure e resistenti alle perdite tra gli elementi del sistema di raffreddamento. Il maschio UQDB02 si accoppia con questo connettore femmina con una forza di accoppiamento di 49 N a pressione zero. La forza di accoppiamento aumenta con l'aumentare del diametro del connettore (rispettivamente 58 N, 60 N e 68 N per UQDB04/06/08).

Un'altra terminazione alternativa è un portagomma per l'accoppiamento di un tubo flessibile al connettore femmina, come ad esempio UQDS-02HSH01-L000 (Figura 5).

Figura 5: UQDS-02HSH01-L000 è un esempio di connettore femmina UQD02 con terminazione per portagomma e anelli di identificazione blu che indicano il trasporto di refrigerante freddo. (Immagine per gentile concessione di Amphenol)

Un tubo flessibile consente una maggiore flessibilità nel collegamento degli elementi di un sistema di raffreddamento. Il portagomma accetta un tubo flessibile con un diametro interno (ID) di 6,35 mm (1/4"). I connettori di dimensioni maggiori della serie si accoppiano con portagomma più grandi per mantenere portate adeguate.

Come accennato in precedenza, gli anelli di identificazione indicano se il connettore trasporta liquido di raffreddamento caldo o freddo.

I connettori femmina sono disponibili anche con un pulsante di rilascio, come nel modello UQDLS-02HSH01-L000 (Figura 6).

Figura 6: Il connettore femmina UQDLS-02HSH01-L000 è dotato di un pulsante di rilascio integrato e di un indicatore di identificazione rosso. (Immagine per gentile concessione di Amphenol)

Il pulsante di rilascio facilita la disconnessione dei connettori maschio e femmina accoppiati. Il connettore femmina di chiusura con pulsante è caratterizzato da un pulsante dal design piatto che non sporge dal corpo del connettore, pertanto è agevolmente accessibile in spazi ristretti. Anche questo connettore femmina è terminato con un portagomma da 6,35 mm (1/4") e comprende un anello di identificazione rosso.

Conclusione

I data center per IA sono sempre più caratterizzati da un'alta densità di potenza con sistemi modulari di raffreddamento a liquido. Questi sistemi richiedono connettori a disconnessione rapida a secco sigillati di varie dimensioni e opzioni di terminazione per un raffreddamento sicuro e affidabile in spazi ristretti. Le soluzioni UQD e UQDB di Amphenol, compatibili con OCP, soddisfano queste esigenze per supportare l'uso continuo in applicazioni elettroniche esigenti dal punto di vista ambientale.