인공 지능(AI)의 확산으로 인해 고성능 데이터 센터 및 고급 컴퓨팅 인프라에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 이러한 시스템은 많은 열을 생성하며, 설계자들은 전통적인 대류 및 강제 공랭 냉각이 자신의 열 관리 요구 사항을 충족하기에 점점 부족하다는 것을 인식하고 있습니다. 차세대 컴퓨팅 센터를 위해 설계자는 고효율적인 열 방출을 위해 액체 냉각 방식으로 전환하고 있습니다. 설계자들에게 주어진 과제는 냉각 시스템을 해체하지 않고 컴퓨팅 시스템을 확대, 수정, 유지 관리, 교체하는 것입니다.

해결책의 일부는 빠르게 연결 또는 분리할 수 있는 액체 냉각 커넥터에 있으며, 이를 통해 유지 관리 유연성이나 모듈식 확장성을 해치지 않으면서 효율적인 냉각을 보장할 수 있습니다. 이러한 커넥터는 높은 결합 주기 내구성을 유지하면서, 콤팩트하고 신뢰할 수 있어야 하며, 내부식성 및 누출 방지 기능을 제공하고, 사용이 간편해야 합니다.

이 기사에서는 AI 인프라 냉각 시스템 설계자가 직면하는 과제에 대한 간략한 개요를 제공합니다. 그런 다음 Amphenol의 신속 분리(QD) 액체 냉각 커넥터를 소개하고, 이러한 과제를 해결하기 위해 해당 커넥터를 선택하고 적용하는 방법을 설명합니다.

신속 분리(QD)

전자 장치를 위한 액체 냉각에서는 가장 기본적으로 압력 인가 시 순환하는 냉각수를 사용하여 냉각판에 실장된 전자 장치를 냉각하며, 이 냉각판은 외부 열 교환기에 연결되어 있습니다. 가열된 냉각수는 냉각판을 빠져나가 열 교환기로 순환됩니다. 여기서 냉각을 거쳐 재순환됩니다. 여러 장치를 냉각해야 하는 경우, 매니폴드를 통해 각 냉각판에 냉각수가 분배됩니다. 일반적인 냉각수에는 탈염수, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜이 있습니다. 이러한 냉각수는 비전도성이므로 누출이 발생해도 전력이 인가된 전자 장치에 손상이 가지 않습니다. 각 열 교환기는 유입 냉각 라인과 배출 가열 라인이 모두 필요합니다.

여기서 문제는 냉각 시스템을 분해하지 않고도 냉각판과 전자 장치를 분리할 수 있도록 시스템을 설계하는 것입니다. 이 부분에서 QD 커넥터가 사용됩니다(그림 1). 이러한 범용 QD(UQD) 플러그 및 블라인드 실장(UQDB) 소켓 장치를 사용하면 누출 없이 냉각수 라인을 분리할 수 있습니다.

그림 1: 액체 냉각 UQD 플러그 및 UQDB 소켓과 결합 동작 예시를 보여줍니다(이미지 출처: Amphenol).

여러 크기, 종단, 연결 구성으로 제공되는 이 커넥터는 설계자가 다양한 산업 및 데이터 센터 아키텍처에 걸쳐 냉각수 연결을 통합하는 데 도움을 줍니다. UQDB 소켓은 캐비닛 후면에 액세스하지 않고도 밀폐된 랙의 UQD 플러그와 블라인드 결합할 수 있도록 설계되었습니다. 플러그와 소켓은 나선형 스터드를 사용하여 정의된 위치에 있는 냉각판에 각각 실장됩니다. O-링은 QD 본체와 실장 표면 사이를 밀봉합니다. 각 냉각판에는 두 개의 QD 커넥터가 있습니다. 하나는 차가운 냉각수용이고 다른 하나는 가열되어 돌아오는 냉각수용입니다. 서버나 다른 전자 장치를 설치할 때, 원뿔 모양의 개구부를 가진 소켓이 플러그를 결합 위치로 유도합니다. QD 커넥터에는 일반적으로 식별 링이 표시되어 있습니다. 냉각 라인의 경우 파란색, 가열된 반환 라인의 경우 빨간색입니다.

이 QD 커넥터는 분리 시, 냉각수 누출을 차단하는 드라이 분리 작동을 특징으로 합니다. 이 커넥터에는 내부 밸브가 있으며, 결합 중에는 맞물리는 상대 커넥터가 완전히 체결될 때까지 닫힌 상태로 유지되고, 이후 최대 냉각수 유량을 위해 개방됩니다. 분리 시에는 시일이 파손되기 전에 밸브가 닫히므로 냉각수 채널을 밀봉하고 누출을 방지할 수 있습니다.

Open Compute Project

Open Compute Project(OCP)는 오픈 소스와 개방 협업의 이점을 하드웨어 개발에 적용하는 조직으로, 컴퓨터 산업의 혁신을 가속화합니다. 냉각 시스템은 OCP가 중요하게 다루는 영역 중 하나입니다. 이 조직은 이러한 커넥터의 특징을 설명하는 UQD 및 UQDB 사양을 발표해 왔습니다.

OCP는 QD 장치를 UQD02, UQD04, UQD06, UQD08(UQDB02, UQDB04, UQDB06, UQDB08)의 네 가지 크기로 제공합니다. 이 지정 번호는 유체 개구부 지름을 나타내며 각각 1/8″, 1/4″, 3/8″, 1/2″에 해당합니다. 유체 개구부 지름에 따라 커넥터의 최대 유동률이 결정됩니다.

QD 커넥터를 위한 단일 소스

액체 냉각 시스템 설계자에게는, QD 커넥터에 대한 신뢰할 수 있는 단일 공급처를 확보하는 것이 효율적입니다.

Amphenol은 다양한 OCP 크기, 실장 옵션, 종단으로 제공되는 일련의 UQD/UQDB 쌍을 소개했습니다. 이 제품은 데이터 센터 응용 분야에 일반적인 열악한 환경을 위해 설계되었습니다. 이 제품군에 속한 모든 부품의 셸 재료는 스테인리스강입니다. 내부 스프링 같이 냉각수에 노출되는 내부 부품은 내부식성 스테인리스강으로 제작되었습니다. 또한 일반적인 냉각수를 사용할 수 있도록 설계되었으며, 이 계열의 모든 부품은 0 ~ 97PSI(제곱인치당 파운드)(0.6MPa(메가파스칼))의 작동 압력에 맞게 정격화되었습니다. 최대 290PSI(2.0MPa)의 안전 압력을 견딜 수 있으며 -40°C ~ +105°C의 온도 범위에서 작동합니다.

예를 들어, UQDBP-02TMU01-N000(그림 2)은 OCP 준수(개정판 1.0) UQDB02 플러그로, 외부 UNF 7/16-20 나선형 스터드를 통해 종단되고 O-링 시일을 사용합니다.

그림 2: UQDBP-02TMU01-N000은 OCP 준수 UQDB02 플러그로, 종단을 위해 외부 나선형 스터드를 사용합니다(이미지 출처: Amphenol).

액체 냉각 시스템의 압력은 전기 회로에서의 전압과 유사합니다. 유동률은 전류에 해당합니다. 유동률은 유동 계수(Cv)로 설명되며, Cv가 높을수록 유동 용량이 증가합니다. Amphenol UQDB02/04/06/08 신속 분리 커넥터는 각각 0.4, 1.32, 2.11, 3.83의 Cv 값을 가집니다.

유동률 함수로 신속 분리 커넥터에서의 압력을 플로팅하는 유동률 곡선(그림 3)

그림 3: 일반적인 유동률 플롯으로, UQDB02 ~ UQDB08의 네 가지 커넥터 크기에 대해 신속 분리 커넥터에서의 유동률과 압력 차이에 대한 관계를 표시합니다(이미지 출처: Amphenol).

유동률은 커넥터의 지름에 비례하여 증가하므로, 필요한 유동률에 따라 장치가 결정됩니다. 유동률이 증가함에 따라 신속 분리 커넥터에서의 압력도 증가합니다.

전자 응용 분야에서는 환경 내 액체 존재를 최소화하는 것이 중요합니다. 이를 염두에 둔 QD는 분리 시의 유체 손실도 명시합니다. Amphenol의 UQDB02/04/06/08 커넥터는 각각 0.004ml(밀리리터), 0.004ml, 0.006ml, 0.01ml의 유체 손실 사양을 가집니다.

QD 커넥터 쌍의 나머지 반은 UNF 9/16“-18 스레드를 사용하는 UQDBS-02TMU02-N000(그림 4) 블라인드 결합 소켓입니다.

그림 4: UQDBS-02TMU02-N000은 UNF 9/16“-18 스레드를 사용하는 블라인드 결합 소켓입니다(이미지 출처: Amphenol).

UQD/UQDB 계열은 냉각 시스템 소자 사이에 안전한 누출 방지 연결을 보장하는 푸시-연결 래칭 메커니즘을 사용합니다. UQDB02 플러그는 제로 압력에서 49N(뉴턴)(10.6파운드 포스)의 결합력을 사용하여 이 소켓과 결합됩니다. 이 결합력은 커넥터 지름이 증가할수록 커집니다(UQDB04/06/08의 경우 각각 58N, 60N, 68N).

또 다른 대체 종단은 호스를 소켓에 결합하기 위한 호스 바브로, 이는 UQDS-02HSH01-L000에 사용됩니다(그림 5).

그림 5: UQDS-02HSH01-L000은 호스 바브 종단이 적용된 UQD02 소켓의 한 예이며, 파란색 식별 링은 차가운 냉각수 용임을 나타냅니다(이미지 출처: Amphenol).

호스는 냉각 시스템의 소자 연결에 있어 높은 유연성을 제공합니다. 호스 바브는 내부 지름(ID) 1/4인치(in)의 호스를 수용합니다. 이 계열의 대형 커넥터는 적절한 유동률을 유지하기 위해 더 큰 호스 바브와 함께 사용됩니다.

앞에서 설명한 식별 밴드는 해당 커넥터가 차가운 또는 가열된 냉각수 라인용임을 나타냅니다.

소켓은 UQDLS-02HSH01-L000(그림 6)과 같이 릴리스 버튼이 포함된 버전으로도 제공됩니다.

그림 6: UQDLS-02HSH01-L000 소켓에는 일체형 릴리스 버튼과 빨간색 식별 마커가 포함되어 있습니다(이미지 출처: Amphenol).

릴리스 버튼을 사용하면 결합된 플러그와 소켓을 간편하게 분리할 수 있습니다. 푸시-버튼 래치 소켓은 커넥터 본체 외부로 돌출되지 않는 평면 설계 버튼을 사용하여, 국한된 공간에서도 손쉽게 접근할 수 있습니다. 이 소켓은 또한 1/4in 호스 바브로 종단되며 빨간색 식별 밴드를 포함합니다.

결론

AI 데이터 센터는 모듈식 액체 냉각 시스템과 함께 높은 전력 밀도를 특징으로 합니다. 이러한 시스템에서는 국한된 공간에서도 안전하고 신뢰성 있는 냉각을 구현하기 위해, 다양한 크기와 종단 옵션을 제공하는 밀봉형 드라이 브레이크 액체 신속 분리 커넥터가 요구됩니다. Amphenol의 OCP 준수 UQD 및 UQDB 솔루션은 이러한 요구 사항을 충족하며, 까다로운 환경 조건의 전자 응용 분야에서도 연속적인 사용이 가능하도록 지원합니다.

출처: 디지키 Art Pini

Arthur(Art) Pini는 DigiKey의 기고 작가입니다. Art는 뉴욕시립대에서 전기공학 학사 학위를 취득하고 뉴욕시립대학교에서 석사 학위를 취득했습니다. 그는 전자 분야에서 50년 이상의 경력을 쌓았으며 Teledyne LeCroy, Summation, Wavetek, Nicolet Scientific에서 주요 엔지니어링 및 마케팅 역할을 담당했습니다. Art는 오실로스코프, 스펙트럼 분석기, 임의 파형 생성기, 디지타이저, 전력계와 관련된 측정 기술과 폭넓은 경험에 관심을 갖고 있습니다.