瞭解快拆連接器如何確保 AI 資料中心的液冷系統可靠運作

人工智慧 (AI) 的部署讓高效能資料中心和先進運算基礎設施的需求隨之升高。這些系統會產生大量熱能，設計人員發現傳統的對流散熱和強制空冷越來越無法滿足熱管理需求。針對次世代運算中心，設計人員正轉用液冷，以利用其高效散熱效能。設計人員面臨的難題在於，運算系統必須在不拆卸冷卻系統的前提下進行擴充、改裝、維護及更換。

有一部分的解決方法就是液冷連接器，可以快速連接或斷開，就可達到有效的冷卻，同時不犧牲維護靈活性或模組化擴充性。這類連接器必須要小巧、可靠、防腐蝕、無漏液且容易使用，更要具備高插拔次數的耐用性。

本文將簡單回顧 AI 基礎設施冷卻系統的設計人員會遭遇的難題。接著會介紹來自 Amphenol 的快拆式 (QD) 液體冷卻連接器，並說明如何挑選及應用，以克服這些挑戰。

快速斷開

電子裝置的液體冷卻，最基本的方式就是採用加壓循環的冷卻劑，對裝在冷板上的電子裝置進行冷卻，並連接到外部熱交換器。受熱後的冷卻劑從冷板流出後會循環到熱交換器，就可在此進行冷卻然後重新循環。若有多個裝置需要冷卻，可用歧管將冷卻劑分配到各個冷板。常見的冷卻劑包括去離子水、乙二醇和丙二醇。這些冷卻劑不具導電性，若發生漏液，可避免對通電的電子元件造成破壞。每個熱交換器都需要一條輸入冷水線和一條輸出熱水線。

困難之處在於系統設計，以便冷板和電子裝置能在不拆解冷卻系統的前提下進行拆卸。此時，QD 連接器就可派上用場 (圖 1)。這些通用的快拆 (UQD) 插頭和盲孔安裝 (UQDB) 插座裝置能讓冷卻劑管線分離且不會漏液。

圖 1：此液冷式 UQD 插頭與 UQDB 插座範例可指出其配接動作。(圖片來源：Amphenol)

這些連接器有多種尺寸、端接方式和連接配置，有助於設計人員在多種工業和資料中心架構中整合冷卻劑連接。UQDB 插座的設計能與封閉機架中無法從機櫃後方取用的 UQD 插頭盲插配接。插頭和插座各自利用螺紋螺柱固定在各自冷板上的指定位置。O 型環可將快拆連接器主體與安裝面密封。每個冷板都有兩個快拆連接器：一個用於冷卻劑，另一個用於受熱後返回的冷卻劑。伺服器或其他電子裝置安裝後，插座可利用其錐形開口引導插頭進入配接配置。快拆連接器通常以識別環標示：冷水線為藍色，回流溫水線為紅色。

這些快拆連接器採用乾式斷開操作，斷開時可密封，以免冷卻液洩漏。其中含有內部閥門，可在配接時保持關閉，直到配接的半部完全接合後才會打開，以達到最大的冷卻劑流量。在斷開後，閥門會先關閉，密封才會失效，因此能將冷卻劑通道密封以免漏液。

Open Compute Project

Open Compute Project (OCP) 是一個將開源與開放協作優勢應用在硬體開發的組織，以期加速電腦產業的創新。冷卻系統就是他們關注的領域之一。該組織已發佈 UQD 和 UQDB 規範，說明這些連接器的特性。

OCP 將快拆裝置制訂成四種尺寸：UQD02、UQD04、UQD06 和 UQD08 (以及 UQDB02、UQDB04、UQDB06 和 UQDB08)。代號中的數字代表液體開口直徑，分別對應 1/8"、1/4"、3/8" 和 1/2"。流體開口會決定連接器的最大流量。

快拆連接器的唯一貨源

對於液冷系統的設計人員來說，若有可靠的快拆連接器單一貨源，會非常有效率。

Amphenol 推出一系列 UQD/UQDB 組合，並包含多種 OCP 尺寸、安裝選項和端接樣式。專為資料中心應用常見的惡劣環境而設計。此系列的所有元件皆採用不鏽鋼外殼材質。暴露在冷卻劑中的內部元件，例如內部彈簧，均由耐腐蝕的不鏽鋼製成。在設計上可搭配常用的冷卻劑使用，且此系列中所有元件的額定值，均可在 0 至 87 PSI (0 至 0.6 MPa) 的工作壓力下展現。可承受的最高安全壓力為 290 PSI (2.0 MPa)，並能在 -40°C 至 +105°C 的溫度範圍內運作。

以 UQDBP-02TMU01-N000 (圖 2) 為例，就是一款符合 OCP 規範 (版本 1.0) 的 UQDB02 插頭，具有外部 UNF 7/16-20 螺紋螺柱可用於端接，並使用 O 形環密封。

圖 2：UQDBP-02TMU01-N000 是符合 OCP 規範的 UQDB02 插頭，具有端接用的外部螺紋螺柱。(圖片來源：Amphenol)

液體冷卻系統中的壓力就好比電路中的電壓。流量等同於電流。流量會以流量係數 (Cv) 表示；Cv 值越高，流量越大。Amphenol 的 UQDB02/04/06/08 快拆裝置 Cv 值分別為 0.4、1.32、2.11 和 3.83。

流量曲線圖可指出快拆裝置隨流量變化下的壓力 (圖 3)。

圖 3：典型流量圖可針對 UQDB02 至 UQDB08 四種連接器尺寸的快拆裝置，指出其流量與壓差之間的關係。(圖片來源：Amphenol)

由於流量與連接器直徑成正比增加，因此需要的流量會決定裝置的選擇。請注意，隨著流量增加，快拆裝置內的壓力也會增加。

電子應用中有另一個考量，就是要盡可能減少環境中的液體。有鑑於此，快拆裝置也有規定斷開時的液體流失量。Amphenol 的 UQDB02/04/06/08 連接器液體流失量規格分別為 0.004、0.004、0.006 及 0.01 ml。

快拆連接器組合的另一半部是 UQDBS-02TMU02-N000 (圖 4) 盲接插座，並採用 UNF 9/16"-18 螺紋。

圖 4：UQDBS-02TMU02-N000 是採用 UNF 9/16"-18 螺紋的盲接插座。(圖片來源：Amphenol)

UQD/UQDB 系列採用按壓連接卡扣機制，以確保冷卻系統元件間達到穩固且防漏的連接。UQDB02 插頭以 49 N (10.6 lb) 的力道在零壓力下與插座配接。隨著連接器直徑增加，配接力道也隨之提高 (UQDB04/06/08 分別為 58 N、60 N 和 68 N)。

另一種替代的端接方式是用軟管倒鉤將軟管接至插座，如 UQDS-02HSH01-L000 使用的一樣 (圖 5)。

圖 5：UQDS-02HSH01-L000 是 UQD02 插座範例之一，具有軟管倒鉤端子及藍色識別環，可指出其負責輸送冷卻劑。(圖片來源：Amphenol)

軟管能讓冷卻系統的元件有更大的連接彈性。軟管倒鉤可接受內徑為 1/4 in 的軟管。此系列中較大的連接器尺寸可搭配較大的軟管倒鉤，以維持適當的流量。

如先前所述，識別環可標示出連接器負責輸送低溫或高溫的冷卻劑。

這些插座也備有鬆開按鈕，如 UQDLS-02HSH01-L000 所示 (圖 6)。

圖 6：UQDLS-02HSH01-L000 插座具有整合式鬆開按鈕及紅色的識別標記。(圖片來源：Amphenol)

鬆開按鈕可讓配接的插頭與插座更容易斷開。按鈕式卡扣插座則採用平面設計的按鈕，並不會突出連接器本體，因此方便在有限空間中使用。此插座亦採用 1/4 in 軟管倒鉤進行端接，並含有一個紅色識別環。

結論

AI 資料中心逐漸講究高功率密度和模組化液冷系統。這些系統需要多種尺寸和端接選項的密封乾式斷開液冷快拆連接器，以確保在有限空間中達到安全可靠的冷卻效果。Amphenol 的 OCP 相容 UQD 及 UQDB 解決方案就符合這些需求，能在電子應用的高要求環境中持續使用。