了解快速断开连接器如何确保 AI 数据中心液冷系统的可靠性

人工智能 (AI) 的部署正在增加对高性能数据中心和先进计算基础设施的需求。这些系统会产生大量热量，设计人员发现传统的对流和强制风冷越来越难以满足其热管理要求。对于下一代计算中心，设计人员正转向液体冷却，因为它具有更高效的散热能力。设计人员面临的挑战是，计算系统需要能够在不拆卸冷却系统的情况下进行扩展、修改、维护和更换。

解决方案部分在于可快速连接或断开的液冷连接器，从而在不影响维护灵活性或模块扩展性的情况下实现高效冷却。这种连接器必须结构紧凑、可靠、耐腐蚀、无泄漏、易于使用，并具有较高的配接耐久性。

本文首先简述了 AI 基础设施冷却系统设计人员面临的挑战。然后介绍了 Amphenol 的快速断开 (QD) 液冷连接器，并展示了如何选择并运用它们来应对这些挑战。

快速断开连接器

最基本的电子设备液体冷却方式是，利用加压循环的冷却液来冷却安装在冷板上并连接到外部热交换器的电子设备。加热后的冷却液离开冷板，循环到热交换器进行冷却，然后重新循环。当需要冷却多个设备时，歧管将冷却液分配到每个冷板。常用的冷却液包括去离子水、乙二醇和丙二醇。这些冷却液是非导电的，可在发生泄漏时不会对通电的电子设备造成损坏。每个热交换器都需要一条输入冷管线和一条输出热管线。

设计中的难点在于，要使系统能够在不拆解冷却系统的情况下移除冷板和电子设备。这正是 QD 连接器的用武之地（图 1）。这些通用 QD (UQD) 插头和盲插 (UQDB) 插座器件可以让分离冷却液管线时不会出现泄漏。

图 1：所示为液冷 UQD 插头和 UQDB 插座示例，展示的是插接操作。（图片来源：Amphenol）

这些连接器提供多种尺寸、端接和连接配置，可帮助设计人员将冷却液连接集成到广泛的工业和数据中心架构中。UQDB 插座设计成可在封闭机柜内与 UQD 插头进行盲插，无需进入机柜后端。插头和插座通过螺柱分别安装在各自冷板上的指定位置。O 型密封圈将 QD 主体密封到安装表面。每个冷板有两个 QD 连接器：一个用于冷却液输入，一个用于加热后的冷却液回流。当服务器或其他电子设备安装到位时，带有锥形开口的插座会引导插头进入插合状态。QD 连接器通常带有标识环：蓝色表示冷管线，红色表示热回流管线。

这些 QD 连接器具有干式断开操作功能，在断开时密封圈能防止冷却液泄漏。它们内含阀门，在插合过程中保持关闭，直到插合的两半完全啮合后打开，以实现最大冷却液流量。解除插合时，阀门会在密封破坏前关闭，从而密封冷却液通道并防止泄漏。

开放计算项目

开放计算项目 (OCP) 是一个将开源和开放协作的优势应用于硬件开发的组织，旨在加速计算机行业的创新。冷却系统是其关注的领域之一。他们已经发布了 UQD 和 UQDB 规范，描述了这些连接器的特性。

OCP 规定了四种尺寸的 QD 器件：UQD02、UQD04、UQD06 和 UQD08（以及 UQDB02、UQDB04、UQDB06 和 UQDB08）。型号中的数字表示流体开口直径，分别对应 1/8" 、1/4" 、3/8" 和 1/2"。流体开口决定了连接器的最大流速。

单一 QD 连接器来源

对于液体冷却系统的设计人员来说，拥有一个可靠的 QD 连接器单一来源才是最有效的。

Amphenol 推出了一系列 UQD/UQDB 配对产品，具有各种 OCP 尺寸、安装选项和端接方式。它们专为数据中心应用中常见的恶劣环境而设计。该系列所有组件的壳体材料均为不锈钢。暴露在冷却液中的内部组件，如内部弹簧，由耐腐蚀不锈钢制成。该系列设计成可与广泛使用的冷却液配合工作，其中的所有元件的额定工作压力为 0 至 87 磅/平方英寸 (PSI)（0 至 0.6 兆帕 (MPa)）。它们可以承受 290 PSI (2.0 MPa) 的最大安全压力，工作温度范围为 -40°C 至 +105°C。

例如，UQDBP-02TMU01-N000（图 2）就是符合 OCP 标准（1.0 版）的 UQDB02 插头，带有一个用于端接的外部 UNF 7/16-20 螺柱，并使用了 O 型密封圈。

图 2：UQDBP-02TMU01-N000 是一款符合 OCP 规范的 UQDB02 插头，采用外部螺柱进行端接。（图片来源：Amphenol）

液体冷却系统中的压力类似于电路中的电压。流量相当于电流。流量由流量系数 (Cv) 描述；Cv 值越高，流量能力越大。Amphenol UQDB02/04/06/08 断开连接装置的 Cv 值分别为 0.4、1.32、2.11 和 3.83。

流量曲线图绘制出了断开装置两端的压差随流量变化的函数关系（图 3）。

图 3：典型流量曲线图显示了 UQDB02 到 UQDB08 四种连接器尺寸的断开装置两端的流量与压差之间的关系。（图片来源：Amphenol）

鉴于流量随连接器直径成比例增加，所需的流量决定了所选的器件。需要注意的是，断开装置两端的压差会随流量增加而增加。

在电子应用中，需要关注的是尽量减少环境中的液体存在。有鉴于此，QD 还规定了断开时的流体损失量。Amphenol UQDB02/04/06/08 连接器的流体损失规范分别为 0.004、0.004、0.006 和 0.01 毫升 (ml)。

QD 连接器对的另一半是 UQDBS-02TMU02-N000（图 4）盲插插座，带有 UNF 9/16"-18 螺纹。

图 4：UQDBS-02TMU02-N000 是带有 9/16"-18 UNF 螺纹的盲插插座。（图片来源：Amphenol）

UQD/UQDB 系列采用推入式连接锁止机构，确保冷却系统元件之间实现安全、防泄漏的连接。UQDB02 插头与该插座在零压力下的插接力为 49 牛顿 (N) (10.6 磅力)。插接力随连接器直径增加而增加（UQDB04/06/08 分别为 58 N、60 N 和 68 N）。

另一种备用端接方式是软管倒钩，用于将软管连接到插座上，如 UQDS-02HSH01-L000 中所用（图 5）。

图 5：UQDS-02HSH01-L000 是 UQD02 插座的一个示例，采用软管倒钩端接并带有蓝色标识环，表明其输送的是冷的冷却液。（图片来源：Amphenol）

软管在连接冷却系统元件时提供了更大的灵活性。该软管倒钩接受内径 (ID) 为 1/4 英寸 (in.) 的软管。该系列中较大尺寸的连接器配对较大的软管倒钩，以维持适当的流量。

如前所述，标识环用于标记连接器输送的是冷的冷却液还是热的冷却液。

这些插座也有带释放按钮的，如 UQDLS-02HSH01-L000（图 6）。

图 6：UQDLS-02HSH01-L000 插座带有一个一体化的释放按钮和一个红色标识标记。（图片来源：Amphenol）

释放按钮使插合的插头和插座更容易断开。这种按钮式锁存插座采用扁平设计的按钮，不会超出连接器主体，使其在狭窄空间内易于操作。该插座也采用 1/4 英寸软管倒钩端接，并包含一个红色标识环。

结语

AI 数据中心正日益呈现出高功率密度化，并越来越多地采用模块化液冷系统。这些系统需要在有限空间内提供安全可靠的冷却，因此需要有多种尺寸和端接选择的密封式干断液体断开连接装置。Amphenol 符合 OCP 规范的 UQD 和 UQDB 解决方案满足了这些需求，支持在环境要求苛刻的电子应用中持续使用。