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超大规模网络材料应用工程师指南

概述

本文探讨了超大规模网络当前和即将到来的趋势以及材料科学设计挑战。随着处理能力和IoT/IoE(物联网/万物互联)的不断发展,超大规模应用对社会和消费者需求至关重要。

Boyd工程材料解决方案通过关键制造创新解决了这些挑战,这些创新提高了相同占地面积内的计算密度,降低了数据中心拥有的总成本,并提高了所有系统级别的效率和可靠性。

本文将帮助工程师了解材料应用在改善系统开发和培养设计创造力方面的作用。

目前的超大规模网络市场趋势

随着处理能力的持续指数级增长,超大规模计算和网络行业正在迅速变化。消费者和 OEM 不断要求更多功能、更快的连接速度和更高的可靠性。企业巨头进入量子计算机竞赛以开发能够大规模生产的可行量子计算机需要提高速度和容量,同时使当前可用的技术小型化。

这些雄心勃勃的发展路线图激励行业领导者投资于能够跟上他们的颠覆性技术。这些应用需要同样先进的热管理和工程材料解决方案。处理能力越高,Boyd解决方案对系统就越重要。

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企业和超大规模电子产品面临的主要挑战

用户安全

  • 分贝水平必须保持在安全体积
  • 设备必须井井有条,并贴上适当的安全标签
  • 系统必须具有电绝缘、泄漏和防水功能,并具有防震功能
  • 必须使用故障保险来保护技术人员,如手指护罩、接地和电气屏障

噪声、振动和不平粗糙度 (NVH)

  • 减轻NVH和阻尼机械振动,以最大限度地减少产品磨损,延长使用寿命,提高可靠性,并降低对读/写错误的敏感性

连接

  • 利用 EMI/RFI 屏蔽和吸收器保护易受电磁干扰的先进电子设备
  • 最大限度地减少用户和技术人员界面中的 LED 串扰

灰尘、液体、颗粒侵入

  • 组件必须密封并防止污染物进入,以延长使用寿命并提高可靠性

品牌和组件跟踪

  • 自定义、标准或序列化标签、图形和薄膜开关可保护品牌,传达法规和安全信息,直接组织并协助维护跟踪

过热,气流管理,阻隔器

  • 热管理通过气流管理和空气阻滞剂优化热系统效率来防止过热或性能下降

超大规模网络中的博伊德工程材料

企业电子领域的关键挑战被放大了,适用于超大规模网络。它们在大型设施中是更强大的系统,使噪音更大,振动更剧烈,并且具有更大的安全问题。这些设施和大功率系统将额外的电子设备更密集地包装到空间中,需要更多的电磁干扰管理,为新的多功能设备提供独特的解决方案,最大限度地减少维护和停机时间,以及更好的组织。Boyd材料科学、工程和转换工艺使高功率系统的新型解决方案更具成本效益、性能更高,可扩展性更高,适用于高产量。Boyd的工程材料解决方案包括广泛的功能性定制产品,如介电绝缘体,气流管理和空气阻滞剂,密封件,垫圈,NVH降低,EMI屏蔽,图形覆盖和标签。从全球快速原型设计到大规模批量生产,Boyd 开发了定制技术,以实现功能更强大、更可靠的超大规模计算。

超大规模网络中的博伊德热管理

“超大规模”中最大的挑战之一是如何应对由处理能力和下一代设备增加引起的额外热负荷和热密度。用于超大规模产品的热管理系统必须在不增加体积或重量的情况下管理更高的热负荷。为了满足对更紧凑形式的更高性能冷却的需求,Boyd开发了模块化和定制的超大规模冷却系统,以优化任何规格的热管理。系统利用Boyd在液体、空气和两相冷却方面数十年的设计和开发专业知识,实现更高性能的集成系统,扩展传统空气冷却的性能水平,并帮助您在适当的时候安全地过渡到液体冷却。

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解决企业中的关键挑战

整体环境和使用注意事项

随着人工智能和物联网 (IoT) 的加速采用,云数据中心安装正在快速增长,这些智能功能和连接在大多数行业中集成在一起。对设备和内部电子设备之间连接的需求导致服务器,数据中心机箱以及更大程度上的数据中心农场内电磁干扰和LED串扰的数量增加。然而,EMI“噪声”并不是超大规模网络环境中唯一需要考虑的噪声。随着超大规模计算变得更加强大,技术人员和服务提供商在数百个数据中心机箱的包围下工作的时间越来越长,这些机箱将噪音增加到有害水平。将分贝水平降低到数据中心技术人员的安全容量是关键。除了整体技术人员的健康状况外,设备的健康程度还取决于环境。精确控制的数据中心环境可以缓解湿度、污染物和电气问题,从而延长使用寿命、减少维护、提高可靠性和正常运行时间。

挑战:电气短路、电压和绝缘

超大规模网络使用比以往更多的功率并集成更多的智能技术系统。其他嵌入式技术通过更密集地封装在一起的更高电压组件进一步提高了功率密度。这会产生大量的内部能量,必须用栅栏隔离,以防止内部组件之间的火花电压,这可能导致器件短路或火灾。Boyd 的阻燃 (FR) V-0 电气绝缘解决方案通过 3M 的附件技术得到增强。这些磁带针对数据中心环境进行了优化,采用特殊的低表面能粘合剂,有助于将电介质绝缘子和隔离器粘合和组装到数据中心机架和服务器中。

Boyd将电绝缘体与图形和品牌解决方案集成在一起,用于两用应用。V-0 阻燃电介质绝缘标签上印有安全、维护、法规和服务信息,可用作阻燃剂、电压阻滞剂和系统信息标签,从而延长设备使用寿命,减少过早电气故障,并保护技术人员环境。电绝缘体也被制造成三维气流管理组件,用于介电绝缘气流挡板,有效地引导服务器内的冷却空气并充当电屏障。

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挑战:灰尘、液体和污染物进入

灰尘、液体和污染物通常是电子故障的主要原因,数据中心也不例外。服务器刀片、机架和机箱的端口、开口、接缝和门及其周围的入口保护垫圈和密封件通过防止异物污染和密封水分,延长了应用寿命并降低了维护费用。Boyd的保护垫片通常配有高性能的3M压敏粘合剂,以帮助提高装配效率并确保垫片牢固地保持在原位。

作为冷却解决方案的一部分,空气过滤器在保护敏感的内部服务器机架设备方面也起着重要作用。灰尘积聚会降低空气冷却系统的效率和设备的整体性能。在敏感的内部系统中使用之前,必须清洁风冷系统中的进入空气。空气过滤器通常由编织网或网状泡沫制成,以去除进气中的污染物并防止应用中的结垢。这降低了火灾隐患、短缺或性能下降的可能性。

挑战:噪音与振动

超大规模应用创建并受制于噪声、振动和声振粗糙度 (NVH) 普遍存在的环境,风冷数据中心会产生异常影响,这些数据中心会产生过多的高水平噪声和高速风扇系统引起的机械运动。超大规模网络设施的庞大规模专为最大存储和处理而设计,导致过多的噪音和振动,迅速达到不安全的分贝水平,加速磨损,降低可靠性和耐用性,并阻碍性能。广泛的NVH暴露对敏感设备,重要电子设备和数据中心技术人员有害。

在整个应用中战略性地应用减振、吸声泡沫、箔和薄冲压金属,以减少过度的共振行为,保护应用免受机械磨损,并解决其他重大的NVH挑战。集成可有效吸收机械冲击和声音的组件可延长产品使用寿命,减少读/写错误以提高系统可靠性,减少设施噪音污染,并保持更安全的技术人员环境。

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挑战:热管理,多余热量和优化风冷系统

热量是电子设备操作不可避免的副产品。在紧凑应用中,更紧密地放置高功率电子设备会增加热负荷。超大规模应用程序和数据中心是提高散热、功耗和计算密度的典型例子。除了提高数据中心的处理能力以及服务器和机架的数量外,设备和组件制造商还不断寻找创新方法,将更多高功率组件封装在日益紧凑的几何形状中,以提供更强大的功能和更好的延迟性能,以满足不断扩大的数据消耗要求。

过热会损坏内部组件,导致应用程序性能不佳或失败,缩短使用寿命,降低可靠性,使技术人员面临与热相关的伤害风险,并成为计算创新的瓶颈。有关超大规模、云计算和企业级高热性能集成冷却系统(如液体、空气、浸入式或两相冷却)的更多信息,请访问 boydcorp.com。

热力系统必须与数据中心热源直接连接,以提取和排出热量。热界面材料(TIM)以这种能力发挥作用,快速吸收热量并将其从热源传递到冷却系统或周围环境。气隙和气穴是热阻滞剂或绝缘体。TIM减少了热源(如处理器)与其冷却解决方案(如散热器、蒸汽室或冷板)之间的气隙和气穴,以最大限度地提高冷却效率和容量。适当的热界面材料可以降低热源和冷却解决方案之间的热阻,从而实现更高效的冷却。

3M 提供重量轻、效率高的 TIM 解决方案,可实现更快的装配、更高的器件可靠性和更长的电子元件使用寿命。3M™ 导热亚克力接口焊盘和胶带等 TIM 非常适合间距要求较小或格式挑战较大的设计。这些材料通过将温度降低-10⁰C,可以将服务器机架组件的使用寿命提高一倍。

对于风冷的数据中心应用,优化冷空气的使用和分配以及热废气的管理可提高数据中心的能源效率和热系统性能。由SOLIMIDE聚酰亚胺®泡沫制成的空气阻断剂可阻挡来自敏感环境的高温废气。空气泄漏密封和气隙填充剂可防止冷空气的流失,移除捕获冷空气或热空气的设计气穴,并连接内部气流通道。空气挡板组件通常采用阻燃阻燃FR V-0电绝缘材料,这些材料经过热成型或折叠到气流管理通道中,这些通道会改变服务器内部的气流,以最有效地将冷空气引导到散热器等散热源。工程材料解决方案通过优化服务器内冷热空气的管理,最大限度地提高空气冷却系统的效率和热性能。

挑战:电磁干扰

数据中心由于具有先进电子设备的密集环境而遇到过多的电磁干扰(EMI)和射频干扰(RFI)。由于服务器机架的体积和密度增加,此问题在超大规模应用程序中成倍增加。非托管 EMI/RFI 会降低信号清晰度并导致电子故障。EMI/RFI 屏蔽通过阻挡、吸收或屏蔽不需要的外部电磁波或防止内部电磁波发射和干扰其他电路或设备,降低了电子故障的敏感性。3M 的 EMI 屏蔽和吸收组件范围广泛,从导电胶带到 EMI 吸收器产品线,由 Boyd 转换为外壳内端口、开口、间隙和接缝内和周围的复杂几何形状。Boyd Corporation将这些组件制造为多功能解决方案。泡沫模切输入/输出垫片上的 EMI 屏蔽织物将减振、入口密封和 EMI/RFI 屏蔽结合在一个易于组装的解决方案中,为制造商减少了装配时间和物料清单复杂性。

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挑战:用户体验

在网络应用程序中,简单的用户体验的重要性往往被低估,在这些应用程序中,训练有素的个人与设备和自动化进行交互。然而,优化的人机界面和改进的易于理解的安全和说明标签创造了更好的用户体验,从而提高效率并减少用户错误。

背光开关和显示器是增强可用性、减少用户错误和提高美观性的一种经济高效的方式。背光开关和覆盖层可快速指导技术人员和用户纠正设备操作,尤其是在光线昏暗或黑暗的环境中。

边框品牌、铭牌、徽标、标签、开关、图形叠加和装饰提供了重要的视觉和触觉用户体验,使超大规模设备与众不同,同时提高了维护效率。数据中心和超大规模设施可以容纳来自多个制造商的服务器和机箱。优化的前面板和后面板图形叠加、输入/输出端口标签、系统信息标签和用户界面通过清楚地识别设计中的独特维护步骤和自定义要求来节省时间。在规格品牌上,减少了设施经理的错误保修索赔。

Boyd可以通过打印到具有EMI屏蔽,电绝缘和隔热等许多具有特殊性能的3M材料之一,将任何装饰性或信息性标签转换为多功能解决方案。用户界面解决方案可以采用 FR V-0 级基板、耐高温 UL 969 标准材料、仅在背光时可见的死窗,以及具有严格公差和套准控制的高度复杂的模切几何形状。

多功能解决方案

Boyd Corporation与产品设计师合作,使用集成密封,保护和热设计的整体方法创建简化的多功能解决方案,该方法考虑了世界上最苛刻的数据中心的需求。从提高计算密度的薄型液体冷却系统,到创建更安全数据中心运营的数据存储阻尼器和服务器密封件,我们的解决方案可帮助客户提高性能效率、优化资源利用率、最大限度地提高能量回收率,并提高所有系统级别的可靠性。我们的集成解决方案可最大限度地减少或消除浪费、维护成本和停机时间,从而全面降低数据中心的总拥有成本。

有疑问?我们随时可以提供帮助!