Les connecteurs à déconnexion rapide garantissent des systèmes de refroidissement par liquide fiables dans les data centers d'IA

L'essor de l'intelligence artificielle (IA) accroît la demande de data centers hautes performances et d'infrastructures informatiques avancées. Ces systèmes génèrent une chaleur considérable, et les concepteurs constatent que les solutions de refroidissement par convection et à air forcé traditionnelles sont de plus en plus insuffisantes pour répondre à leurs exigences de gestion thermique. Pour les centres de calcul de nouvelle génération, les concepteurs se tournent vers le refroidissement par liquide en raison de sa haute efficacité de dissipation thermique. Le défi pour les concepteurs est que les systèmes informatiques doivent pouvoir être dimensionnés, modifiés, réparés et remplacés sans qu'il ne soit nécessaire de démonter le système de refroidissement.

Une partie de la solution réside dans des connecteurs pour le refroidissement par liquide pouvant être rapidement connectés ou déconnectés, permettant un refroidissement efficace sans sacrifier la flexibilité de maintenance ni l'extensibilité modulaire. Ces connecteurs doivent être compacts, fiables, résistants à la corrosion, sans fuite et faciles à utiliser, avec une grande durabilité en termes de cycles de raccordement.

Cet article fournit un bref aperçu des défis auxquels sont confrontés les concepteurs de systèmes de refroidissement pour les infrastructures d'IA. Il présente ensuite des connecteurs à déconnexion rapide (QD) pour le refroidissement par liquide d'Amphenol et montre comment les sélectionner et les appliquer pour relever ces défis.

Connecteurs à déconnexion rapide

Le refroidissement par liquide pour l'électronique, dans sa forme la plus simple, utilise un liquide de refroidissement circulant sous pression pour refroidir les dispositifs électroniques montés sur des plaques de refroidissement et connectés à des échangeurs thermiques externes. Le liquide de refroidissement chauffé sort de la plaque de refroidissement et circule jusqu'à l'échangeur thermique, où il est refroidi puis réinjecté. Lorsque plusieurs dispositifs doivent être refroidis, des collecteurs distribuent le liquide de refroidissement à chaque plaque de refroidissement. Les liquides de refroidissement courants incluent l'eau désionisée, l'éthylène glycol et le propylène glycol. Ces liquides de refroidissement ne sont pas conducteurs, afin d'éviter d'endommager les composants électroniques alimentés en cas de fuite. Chaque échangeur thermique requiert un conduit froid d'entrée et un conduit chaud de sortie.

La difficulté consiste à concevoir le système de manière à ce que la plaque de refroidissement et le dispositif électronique puissent être retirés sans avoir à démonter le système de refroidissement. C'est là que les connecteurs QD (Figure 1) entrent en jeu. Ces dispositifs QD universels mâles (UQD) et à raccordement aveugle femelles (UQDB) permettent de séparer les conduits de liquide de refroidissement sans risque de fuite.

Figure 1 : Exemple de fiche UQD et de prise UQDB pour le refroidissement par liquide, illustrant leur raccordement. (Source de l'image : Amphenol)

Disponibles en plusieurs tailles, types de terminaisons et configurations de connexion, ces connecteurs aident les concepteurs à intégrer les connexions de liquide de refroidissement dans un large éventail d'architectures industrielles et de data centers. Les prises UQDB sont conçues pour le raccordement aveugle avec les fiches UQD dans les racks fermés sans accès à l'arrière de l'armoire. La prise et la fiche sont chacune montées sur leur plaque de refroidissement respective à des emplacements définis à l'aide de goujons filetés. Des joints toriques assurent l'étanchéité entre le corps du connecteur QD et la surface de montage. Chaque plaque de refroidissement est équipée de deux connecteurs QD : l'un pour le liquide de refroidissement froid et l'autre pour le liquide de refroidissement de retour chaud. Lors de l'installation d'un serveur ou d'un dispositif électronique, la prise, avec son ouverture conique, guide la fiche dans la configuration de raccordement. Les connecteurs QD sont généralement dotés d'anneaux d'identification : bleu pour les conduits froids et rouge pour les retours chauds.

Ces connecteurs QD sont dotés d'un système de déconnexion sans fuite qui assure l'étanchéité contre les fuites de liquide de refroidissement lorsqu'ils sont déconnectés. Ils contiennent des valves internes qui restent fermées pendant le couplage jusqu'à ce que les deux parties soient complètement engagées, puis qui s'ouvrent pour permettre un débit de liquide de refroidissement maximum. Lors du découplage des connecteurs, les valves se ferment avant que l'étanchéité ne soit compromise, scellant ainsi le canal de liquide de refroidissement et empêchant les fuites.

Open Compute Project

L'Open Compute Project (OCP) est une organisation qui applique les avantages de la collaboration ouverte et open-source au développement matériel, accélérant ainsi l'innovation dans l'industrie informatique. Les systèmes de refroidissement constituent l'un de leurs domaines d'intérêt. Ils ont publié des spécifications UQD et UQDB, qui décrivent les caractéristiques de ces connecteurs.

L'OCP spécifie les dispositifs QD en quatre formats : UQD02, UQD04, UQD06 et UQD08 (et UQDB02, UQDB04, UQDB06 et UQDB08). Le chiffre dans la désignation indique le diamètre d'ouverture pour le liquide et correspond respectivement à 3,18 mm, 6,35 mm, 9,53 mm et 12,7 mm (1/8 po, 1/4 po, 3/8 po et 1/2 po). L'ouverture pour le liquide détermine le débit maximum du connecteur.

Source unique de connecteurs QD

Pour les concepteurs de systèmes de refroidissement par liquide, il est efficace de disposer d'une source unique et fiable de connecteurs QD.

Amphenol a lancé une série de paires UQD/UQDB dans un vaste choix de formats OCP, d'options de montage et de terminaisons. Ces composants sont conçus pour résister aux environnements difficiles, typiques des applications de data centers. Le capot de tous les composants de cette gamme de produits est en acier inoxydable. Les composants internes exposés au liquide de refroidissement, tels que les ressorts internes, sont fabriqués en acier inoxydable résistant à la corrosion. Ils sont conçus pour fonctionner avec les liquides de refroidissement les plus courants, et tous les composants de la série sont répertoriés pour des pressions de service de 0 à 87 PSI (0 à 0,6 MPa). Ils peuvent supporter une pression de sécurité maximum de 290 PSI (2,0 MPa) et fonctionner sur une plage de températures de -40°C à +105°C.

Par exemple, l'UQDBP-02TMU01-N000 (Figure 2) est une fiche UQDB02 conforme OCP (révision 1.0) avec un goujon fileté UNF 7/16-20 externe pour la terminaison, utilisant des joints toriques.

Figure 2 : L'UQDBP-02TMU01-N000 est une fiche UQDB02 conforme OCP, avec un goujon fileté externe pour la terminaison. (Source de l'image : Amphenol)

La pression dans un système de refroidissement par liquide est semblable à la tension dans un circuit électrique. Le débit du liquide est l'équivalent du courant. Le débit est décrit par le coefficient de débit (Cv). Plus la valeur Cv est élevée, plus la capacité de débit est importante. Les raccords UQDB02/04/06/08 d'Amphenol affichent des valeurs Cv de 0,4, 1,32, 2,11 et 3,83, respectivement.

Une courbe de débit représente la pression dans le raccord en fonction du débit (Figure 3).

Figure 3 : Graphique de débit typique illustrant la relation entre le débit et la différence de pression dans le raccord pour les quatre formats de connecteurs UQDB02 à UQDB08. (Source de l'image : Amphenol)

Le débit étant proportionnel au diamètre du connecteur, le débit requis détermine le choix du dispositif. Notez que la pression dans le raccord s'accroît avec l'augmentation du débit.

Dans les applications électroniques, il est essentiel de minimiser la présence de liquides dans l'environnement. C'est pourquoi les connecteurs QD spécifient également la perte de fluide lors de la déconnexion. Les connecteurs UQDB02/04/06/08 d'Amphenol présentent des spécifications de perte de fluide de 0,004, 0,004, 0,006 et 0,01 ml, respectivement.

L'autre moitié de la paire de connecteurs QD est la prise à raccordement aveugle UQDBS-02TMU02-N000 (Figure 4) avec un filetage UNF 9/16"-18.

Figure 4 : L'UQDBS-02TMU02-N000 est une prise à raccordement aveugle avec filetage UNF 9/16"-18. (Source de l'image : Amphenol)

La série UQD/UQDB utilise un mécanisme de verrouillage par pression qui garantit des connexions étanches et sécurisées entre les éléments du système de refroidissement. La fiche UQDB02 se connecte à cette prise avec une force de raccordement de 49 N (10,6 livres-force) à pression nulle. La force de raccordement augmente avec le diamètre du connecteur (58 N, 60 N et 68 N pour UQDB04/06/08, respectivement).

Il est également possible d'utiliser un raccord cannelé pour raccorder un tuyau à la prise, comme dans l'UQDS-02HSH01-L000 (Figure 5).

Figure 5 : L'UQDS-02HSH01-L000 est un exemple de prise UQD02 avec un raccord cannelé et des anneaux d'identification bleus indiquant la circulation de liquide de refroidissement froid. (Source de l'image : Amphenol)

Un tuyau offre une plus grande flexibilité pour le raccordement des éléments d'un système de refroidissement. Le raccord cannelé accepte un tuyau d'un diamètre intérieur de 6,35 mm (1/4 po). Les connecteurs plus grands de cette série sont associés à des raccords de tuyau plus grands afin de maintenir des débits appropriés.

Les anneaux d'identification, comme mentionné précédemment, indiquent si le connecteur est destiné au liquide de refroidissement froid ou chaud.

Les prises sont également disponibles avec un bouton de déverrouillage, comme sur l'UQDLS-02HSH01-L000 (Figure 6).

Figure 6 : La prise UQDLS-02HSH01-L000 est dotée d'un bouton de déverrouillage intégré et d'un anneau d'identification rouge. (Source de l'image : Amphenol)

Le bouton de déverrouillage facilite la déconnexion de la prise et de la fiche raccordées. La prise à verrouillage par bouton-poussoir est dotée d'un bouton plat qui ne dépasse pas du corps du connecteur, de sorte qu'il est facilement accessible dans les espaces restreints. Cette prise se termine également par un raccord cannelé de 6,35 mm (1/4 po) et inclut un anneau d'identification rouge.

Conclusion

Les data centers d'IA se caractérisent de plus en plus par une haute densité de puissance avec des systèmes de refroidissement par liquide modulaires. Ces systèmes requièrent des connecteurs étanches sans fuite, dans de multiples formats et options de terminaison, pour un refroidissement sûr et fiable dans les espaces confinés. Les solutions UQD et UQDB compatibles OCP d'Amphenol répondent à ces exigences et permettent une utilisation continue dans les applications électroniques exigeantes sur le plan environnemental.