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Guida tecnica alle applicazioni dei materiali di rete hyperscale

Panoramica

Questo documento affronta le tendenze attuali e future e le sfide di progettazione della scienza dei materiali per hyperscale networks. Poiché la potenza di elaborazione e l'IoT / IoE (Internet of Things / Internet of Everything) continuano ad evolversi, le applicazioni Hyperscale saranno vitali per le esigenze della società e dei consumatori.

Le soluzioni di materiali ingegnerizzati Boyd affrontano queste sfide con innovazioni di produzione chiave che aumentano la densità di elaborazione nello stesso ingombro, riducono il costo totale di proprietà del data center e migliorano l'efficienza e l'affidabilità a tutti i livelli di sistema.

Questo articolo aiuterà gli ingegneri a comprendere il ruolo delle applicazioni dei materiali per migliorare lo sviluppo del sistema e promuovere la creatività del design.

Attuali tendenze del mercato delle reti hyperscale

Il settore dell'elaborazione e delle reti hyperscale sta cambiando rapidamente man mano che la potenza di elaborazione continua a crescere esponenzialmente. I consumatori e gli OEM richiedono continuamente più funzionalità, connettività più veloce e maggiore affidabilità. Il lancio dei titani aziendali nella corsa ai computer quantistici per sviluppare un computer quantistico vitale in grado di essere prodotto in massa richiede una maggiore velocità e capacità, miniaturizzando al contempo l'attuale tecnologia disponibile.

Queste ambiziose roadmap di sviluppo stanno ispirando i leader del settore a investire in tecnologie dirompenti in grado di tenere il passo con loro. Queste applicazioni richiedono una gestione termica altrettanto avanzata e soluzioni di materiali ingegnerizzati. Maggiore è la potenza di elaborazione, più critiche sono le soluzioni Boyd per il sistema.

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Sfide chiave nell'elettronica aziendale e hyperscale

Sicurezza dell'utente

  • Il livello di decibel deve essere mantenuto a un volume sicuro
  • Le attrezzature devono essere organizzate e con apposite etichette di sicurezza
  • I sistemi devono essere isolati elettricamente, perdite e impermeabili e con prevenzione degli urti
  • Le casseforti per proteggere i tecnici come parata, terreni e barriere elettriche sono un must

Rumore, vibrazioni e durezza (NVH)

  • Mitiga l'NVH e le vibrazioni meccaniche umide per ridurre al minimo l'usura del prodotto, prolungare la durata, aumentare l'affidabilità e ridurre la suscettibilità agli errori di lettura/scrittura

Connettività

  • Proteggi l'elettronica avanzata suscettibile alle interferenze elettromagnetiche con schermi e assorbitori EMI/RFI
  • Ridurre al minimo la diafonia dei LED nelle interfacce utente e tecnica

Ingresso di polvere, fluido, particelle

  • I componenti devono essere sigillati e protetti dall'ingresso di contaminanti per una maggiore durata e una maggiore affidabilità

Branding e monitoraggio dei componenti

  • Etichette personalizzate, standard o serializzate, interruttori grafici e a membrana proteggono il marchio, comunicano informazioni normative e di sicurezza, dirigono l'organizzazione e assistono nel monitoraggio della manutenzione

Calore in eccesso, Gestione del flusso d'aria, Bloccanti dell'aria

  • La gestione termica previene il surriscaldamento o il degrado delle prestazioni con Airflow Management e Air Blockers ottimizzando l'efficienza del sistema termico

Materiali ingegnerizzati Boyd nelle reti hyperscale

Le sfide principali nell'elettronica aziendale sono ingrandite per le reti Hyperscale. Sono sistemi molto più potenti in strutture più grandi, rendendo il rumore più forte, le vibrazioni più dure e con maggiori problemi di sicurezza. Queste strutture e sistemi ad alta potenza impacchettano più densamente elettronica aggiuntiva in uno spazio, richiedendo una maggiore gestione delle interferenze elettromagnetiche, soluzioni uniche per nuove apparecchiature multifunzionali, manutenzione e tempi di inattività ridotti al minimo e una migliore organizzazione. La scienza dei materiali, l'ingegneria e i processi di conversione di Boyd consentono a nuove soluzioni per sistemi ad alta potenza di essere più efficienti in termini di costi, più performanti e più scalabili per volumi di produzione elevati. Le soluzioni Boyd Engineered Material includono un'ampia gamma di prodotti funzionali e personalizzati come isolatori dielettrici, gestione del flusso d'aria e bloccanti dell'aria, guarnizioni, guarnizioni, riduzione NVH, schermatura EMI, sovrapposizioni grafiche ed etichette. Dalla prototipazione rapida globale alla produzione di massa su larga scala, Boyd sviluppa tecnologie personalizzate che consentono un'elaborazione Hyperscale più funzionale e altamente affidabile.

Gestione termica Boyd nelle reti hyperscale

Una delle maggiori sfide di Hyperscale è come gestire il carico termico aggiuntivo e la densità termica causati dall'aumento della potenza di elaborazione e dalle apparecchiature di prossima generazione. I sistemi di gestione termica per Hyperscale devono gestire il carico termico più elevato senza aumentare il volume o il peso. Per soddisfare la necessità di un raffreddamento a prestazioni più elevate in forme più compatte, Boyd sviluppa sistemi di raffreddamento Hyperscale modulari e personalizzati per ottimizzare la gestione termica per qualsiasi specifica. I sistemi sfruttano i decenni di esperienza di Progettazione e sviluppo di Boyd nel raffreddamento a liquido, ad aria e bifase per consentire sistemi integrati a prestazioni più elevate che estendono i livelli di prestazioni del raffreddamento ad aria tradizionale e aiutano a passare in modo sicuro al raffreddamento a liquido quando appropriato.

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Risolvere le sfide chiave nelle aziende

Considerazioni generali sull'ambiente e sull'uso

Le installazioni dei data center cloud stanno crescendo rapidamente con l'adozione accelerata dell'intelligenza artificiale e dell'Internet of Things (IoT) che integra funzionalità e connettività intelligenti nella maggior parte dei settori. La domanda di connettività tra dispositivi ed elettronica interna ha creato un aumento della quantità di interferenze elettromagnetiche e di conversazione incrociata LED all'interno di un server, di uno chassis per data center e, in misura maggiore, della farm del data center. Tuttavia, il "rumore" EMI non è l'unico rumore da considerare in un ambiente di rete hyperscale. Man mano che l'elaborazione hyperscale diventa più robusta, tecnici e fornitori di servizi lavorano per periodi di tempo più lunghi circondati da centinaia di chassis per data center che aumentano il rumore a livelli dannosi. Ridurre i livelli di decibel a un volume sicuro per i tecnici del data center è fondamentale. Oltre al benessere generale dei tecnici, il benessere delle attrezzature dipende anche dall'ambiente. Gli ambienti dei data center controllati con precisione possono mitigare l'umidità, i contaminanti e i problemi elettrici per una maggiore durata, meno manutenzione, maggiore affidabilità e più tempi di attività.

Sfida: cortocircuito elettrico, tensione e isolamento

Le reti hyperscale consumano più energia e incorporano più sistemi tecnologici intelligenti che mai. Ulteriori tecnologie integrate aumentano ulteriormente la densità di potenza con componenti a tensione più elevata che sono più densamente imballati insieme. Ciò crea un'immensa quantità di energia interna che deve essere isolata con barriere per prevenire la tensione di scintilla tra i componenti interni che può portare a cortocircuiti o incendi del dispositivo. Le soluzioni di isolamento elettrico V-0 Flame Rated (FR) di Boyd sono migliorate con tecnologie di fissaggio da 3M. Questi nastri sono ottimizzati per gli ambienti dei data center con adesivi speciali a bassa energia superficiale che aiutano a incollare e assemblare isolatori e isolatori dielettrici in rack e server per data center.

Boyd integra isolatori elettrici con soluzioni grafiche e di branding per applicazioni a doppio scopo. Le informazioni di sicurezza, manutenzione, normative e di assistenza stampate su etichette isolate dielettriche con classificazione a fiamma V-0 fungono da barriere di fiamma, bloccanti di tensione ed etichette informative di sistema che consentono una maggiore durata delle apparecchiature, riducono i guasti elettrici prematuri e proteggono gli ambienti tecnici. Gli isolatori elettrici sono anche fabbricati in gruppi di gestione del flusso d'aria tridimensionali per deflettori di flusso d'aria isolati dielettricamente che dirigono in modo efficiente l'aria raffreddata all'interno di un server e fungono da barriera elettrica.

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Sfida: ingresso di polvere, fluidi e contaminanti

Polvere, fluidi e contaminanti sono spesso le principali cause di malfunzionamento dell'elettronica e i data center non fanno eccezione. Le guarnizioni e le guarnizioni di protezione dell'ingresso presenti all'interno e intorno a porte, aperture, cuciture e porte in blade, rack e chassis per server prolungano la durata delle applicazioni e riducono le spese di manutenzione prevenendo la contaminazione da particelle estranee e sigillando l'umidità. Le guarnizioni protettive Boyd sono spesso accompagnate da adesivi sensibili alla pressione 3M ad alte prestazioni per aiutare nell'efficienza di assemblaggio e garantire che le guarnizioni rimangano saldamente in posizione.

I filtri dell'aria svolgono anche un ruolo significativo nella protezione delle apparecchiature rack server interne sensibili come parte della soluzione di raffreddamento. L'accumulo di polvere riduce l'efficienza del sistema di raffreddamento ad aria e le prestazioni totali del dispositivo. L'aria in entrata in un sistema raffreddato ad aria deve essere pulita prima dell'uso in sistemi interni sensibili. I filtri dell'aria sono spesso realizzati in rete intrecciata o schiuma reticolata per rimuovere i contaminanti dall'aria di aspirazione e prevenire le incrostazioni nell'applicazione. Ciò riduce la possibilità di rischi di incendio, carenze o degrado delle prestazioni.

Sfida: rumore e vibrazioni

Le applicazioni hyperscale creano e sono soggette ad ambienti in cui il rumore, le vibrazioni e la durezza (NVH) sono prevalenti, con un impatto eccezionale proveniente dai data center raffreddati ad aria che creano rumore eccessivo e di alto livello e movimenti meccanici derivanti da sistemi di ventole ad alta velocità. Le dimensioni delle strutture Hyperscale Network, progettate per la massima archiviazione ed elaborazione, portano a rumore e vibrazioni eccessivi che raggiungono rapidamente livelli di decibel non sicuri e accelerano l'usura, diminuendo l'affidabilità e la durata e ostacolando le prestazioni. Un'ampia esposizione nvH è dannosa per le apparecchiature sensibili, l'elettronica vitale e i tecnici dei data center.

Lo smorzamento delle vibrazioni, le schiume che assorbono l'acustica, le pellicole e il metallo stampato sottile vengono applicati strategicamente in tutta l'applicazione per ridurre l'eccessivo comportamento risonante, proteggere le applicazioni dall'usura meccanica e affrontare altre importanti sfide NVH. L'integrazione di componenti che assorbono efficacemente gli urti meccanici e il suono prolunga la durata del prodotto, riduce gli errori di lettura/scrittura per una migliore affidabilità del sistema, riduce l'inquinamento acustico della struttura e mantiene un ambiente tecnico più sicuro.

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Sfida: gestione termica, calore in eccesso e ottimizzazione dei sistemi raffreddati ad aria

Il calore è un sottoprodotto inevitabile del funzionamento del dispositivo elettronico. Più elettronica ad alta potenza in applicazioni compatte poste nelle immediate vicinanze aumenta il carico termico. Le applicazioni e i data center hyperscale sono i primi esempi di aumento della densità termica, di potenza e di elaborazione. Oltre ad aumentare la potenza di elaborazione e il numero di server e rack in un data center, i produttori di apparecchiature e componenti continuano a trovare modi innovativi per imballare più componenti ad alta potenza in geometrie sempre più compatte per offrire maggiori funzionalità e migliori prestazioni di latenza per espandere i requisiti di consumo dei dati.

Il calore eccessivo danneggia i componenti interni, causa prestazioni scadenti o guasti delle applicazioni, riduce la durata, riduce l'affidabilità, mette i tecnici a rischio di lesioni legate al calore e funge da collo di bottiglia per calcolare l'innovazione. Per ulteriori informazioni sulle prestazioni termiche elevate, sui sistemi di raffreddamento integrati per Hyperscale, Cloud Compute ed Enterprise come il raffreddamento a liquido, ad aria, ad immersione o bifase, visita boydcorp.com.

I sistemi termici devono interfacciarsi direttamente con le fonti di calore del data center per estrarre ed esaurire il calore. I materiali di interfaccia termica (TIM) agiscono in questa capacità, assorbendo e trasferendo rapidamente il calore da una fonte di calore al sistema di raffreddamento o all'ambiente ambientale. Le intercapedini d'aria e le tasche sono bloccanti termici o isolanti. I TIM riducono i vuoti d'aria e le tasche tra una fonte di calore, come un processore, e la sua soluzione di raffreddamento, come un dissipatore di calore, una camera di vapore o una piastra fredda, per massimizzare l'efficienza e la capacità di raffreddamento. I materiali di interfaccia termica adeguati riducono la resistenza termica tra la fonte di calore e la soluzione di raffreddamento, consentendo un raffreddamento più efficiente ed efficace.

3M offre soluzioni TIM leggere e ad alta efficienza per un assemblaggio più rapido, una maggiore affidabilità dei dispositivi e una maggiore durata dei componenti elettronici. I TIM come i pad e i nastri di interfaccia acrilica termicamente conduttiva da 3 M™ sono ideali per i progetti con requisiti di spaziatura più piccoli o sfide di formato più grandi. Questi materiali possono aumentare la durata dei componenti rack del server fino al doppio riducendo la temperatura di -10⁰C.

Per le applicazioni dei data center raffreddate ad aria, l'ottimizzazione dell'uso e della distribuzione dell'aria raffreddata e la gestione dell'aria calda di scarico migliorano l'efficienza energetica del data center e le prestazioni del sistema termico. Bloccanti dell'aria realizzati in poliimmide solimide® espansa bloccano lo scarico ad alta temperatura provenienti da ambienti sensibili. La tenuta delle perdite d'aria e i riempitivi dell'intercapedine d'aria impediscono la perdita di aria fredda, rimuovono le tasche di design che intrappolano l'aria fredda o calda e collegano i percorsi interni del flusso d'aria. I gruppi deflettori d'aria sono comunemente dotati di materiali elettricamente isolanti FR V-0 classificati a fiamma che vengono termoformati o piegati in canali di gestione del flusso d'aria che alterano il flusso d'aria all'interno del server per dirigere in modo più efficiente l'aria fredda verso dissipatori di calore come i dissipatori di calore. Le soluzioni Engineered Material massimizzano l'efficienza del sistema di raffreddamento ad aria e le prestazioni termiche ottimizzando la gestione dell'aria calda e fredda all'interno di un server.

Sfida: interferenze elettromagnetiche

I data center subiscono eccessive interferenze elettromagnetiche (EMI) e interferenze a radiofrequenza (RFI) a causa di ambienti densamente affollati con elettronica avanzata. Questo problema viene moltiplicato nelle applicazioni Hyperscale a causa dell'aumento del volume e della densità dei rack dei server. EMI/ RFI non gestito degrada la chiarezza del segnale e porta a malfunzionamenti elettronici. La schermatura EMI/RFI riduce la suscettibilità ai malfunzionamenti elettronici bloccando, assorbendo o schermando onde elettromagnetiche esterne indesiderate o impedendo alle onde elettromagnetiche interne di emettere e interferire con altri circuiti o dispositivi. I componenti di schermatura e assorbimento EMI da 3M spaziano ampiamente dai nastri elettricamente conduttivi alle linee di prodotti EMI Absorber, convertiti da Boyd in geometrie complesse all'interno e intorno a porte, aperture, spazi vuoti e cuciture all'interno di un involucro. Boyd Corporation fabbrica questi componenti come soluzioni multifunzionali. Il tessuto schermante EMI su guarnizioni di ingresso/uscita fustellate in schiuma combina smorzamento delle vibrazioni, tenuta di ingresso e schermatura EMI/RFI in un'unica soluzione facile da assemblare, riducendo i tempi di assemblaggio e la complessità della distinta base per i produttori.

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Sfida: esperienza utente

L'importanza di un'esperienza utente semplice è spesso sottovalutata nelle applicazioni di rete in cui individui addestrati interagiscono con le apparecchiature e l'automazione. Tuttavia, le interfacce uomo-macchina ottimizzate e le etichette di sicurezza e istruzioni migliorate di facile comprensione creano una migliore esperienza utente per una maggiore efficienza con una riduzione degli errori dell'utente.

Gli interruttori e i display di retroilluminazione sono un modo economico per migliorare l'usabilità, ridurre gli errori dell'utente e migliorare l'estetica. Gli interruttori e le sovrapposizioni retroilluminati guidano rapidamente tecnici e utenti a correggere il funzionamento del dispositivo, specialmente in ambienti scarsamente illuminati o bui.

Il marchio della cornice, le targhette, i loghi, le etichette, gli interruttori, le sovrapposizioni grafiche e le finiture offrono un'importante esperienza utente visiva e tattile che differenzia le apparecchiature Hyperscale aumentando al contempo l'efficienza della manutenzione. I data center e le strutture hyperscale possono ospitare server e chassis di più produttori. Le sovrapposizioni grafiche ottimizzate del pannello anteriore e posteriore, le etichette delle porte di input/output, le etichette delle informazioni di sistema e le interfacce utente consentono di risparmiare tempo identificando chiaramente i passaggi di manutenzione unici e i requisiti personalizzati per il progetto. Il marchio delle specifiche riduce le richieste di garanzia errate da parte dei responsabili delle strutture.

Boyd può convertire qualsiasi etichetta decorativa o informativa in una soluzione multifunzionale stampando su uno dei tanti materiali 3M con proprietà speciali come schermatura EMI, isolamento elettrico e schermatura termica. Le soluzioni di interfaccia utente possono essere dotate di substrati classificati FR V-0, materiali conformi a UL 969 resistenti alle alte temperature, finestre frontali visibili solo quando retroilluminate e geometrie fustellate altamente complesse con tolleranza e controllo di registrazione rigorosi.

Soluzioni multifunzionali

Boyd Corporation collabora con i progettisti di prodotti per creare soluzioni semplificate e multifunzionali utilizzando un approccio olistico alla sigillatura integrata, alla protezione e alla progettazione termica che tiene conto delle esigenze dei data center più esigenti al mondo. Dai sistemi di raffreddamento a liquido a basso profilo che aumentano la densità di elaborazione agli smorzatori di archiviazione dati e alle guarnizioni per server che creano operazioni di data center più sicure, le nostre soluzioni aiutano i clienti ad aumentare l'efficienza delle prestazioni, ottimizzare l'utilizzo delle risorse, massimizzare il recupero energetico e aumentare l'affidabilità a tutti i livelli di sistema. Le nostre soluzioni integrate riducono al minimo o rimuovono sprechi, costi di manutenzione e tempi di inattività per un costo totale complessivo inferiore della proprietà del data center.

Hai domande? Siamo pronti ad aiutarti!