I. Предисловие

 

С широкомасштабным коммерческим внедрением технологий 400G и 800G и постепенным развертыванием решений 1.6T OSFP/OSFP-XD энергопотребление высокоскоростных оптических модулей значительно возросло: энергопотребление модулей 800G DR8 может достигать 15–18 Вт; энергопотребление когерентных модулей 400G/800G ZR превышает 25 Вт; а суммарная тепловая нагрузка оптических модулей, установленных в полностью сконфигурированном 32-портовом коммутаторе, приближается к 800 Вт — что делает управление тепловым режимом основным узким местом при реализации решений с корпусом OSFP.

 

Альянс OSFP MSA определил две стандартизированные архитектуры охлаждения для двух основных парадигм охлаждения центров обработки данных — воздушного и жидкостного охлаждения: OSFP-IHS (интегрированный радиатор) и OSFP-RHS (радиатор, устанавливаемый в стойку). Хотя эти две конфигурации полностью совместимы с точки зрения электрических каналов, управления CMIS и скоростей передачи данных, их механические конструкции, пути отвода тепла и применимые сценарии полностью различаются; поэтому позиции корпусов не могут заменяться или использоваться взаимозаменяемо. На основе спецификации OSFP MSA 5.22 в этой статье системно анализируются различия между двумя архитектурами модулей и их границы тепловой производительности, а также приводится руководство по выбору и внедрению для AI-кластеров, облачных центров обработки данных и сред HPC (высокопроизводительных вычислений).

 

2、OSFP-IHS (интегрированный радиатор): базовое определение и конструктивные характеристики

 

 

2.1 Физические характеристики оборудования

 

IHS является нативной формой стандарта OSFP с размерами 22,58 мм (ширина) × 107,8 мм (глубина) × 13,0 мм (высота); корпус модуля оснащен встроенными алюминиевыми ребрами охлаждения, изготовленными методом литья под давлением, и доступен в двух вариантах: открытая конструкция с ребрами и закрытая конструкция корпуса.

1. Конструкция с открытыми ребрами: открытые теплоотводящие ребра на верхней поверхности напрямую обмениваются теплом с воздушным потоком спереди назад через корпус, увеличивая площадь теплоотвода на 30% по сравнению с модулями с плоской верхней поверхностью;

2. Закрытый корпус: конструкция с ребрами включает интегрированный защитный кожух, который сочетает защиту от пыли с базовым отводом тепла, что делает его подходящим для серверных помещений с высоким уровнем запыленности.

 

2.2 Логика передачи тепла при охлаждении

 

Путь отвода тепла: модуль DSP / лазерный чип $ightarrow$ встроенный алюминиевый радиатор $ightarrow$ воздушный канал корпуса коммутатора для конвективного охлаждения; способность отвода тепла полностью обеспечивается самим модулем без использования дополнительных теплопроводящих конструкций внутри корпуса коммутатора. Стандарт OSFP MSA определяет максимальную мощность 15 Вт; расширенные модели могут поддерживать высокомощные модули до 20 Вт; стандартный диапазон рабочих температур составляет 0–70 °C; усиленная версия для высоких температур поддерживает длительную работу при температурах 75–80 °C.

 

2.3 Характеристики механического взаимодействия

 

1. Усилие установки и извлечения стандартного слота корпуса: максимальное усилие установки: 40 Н; максимальное усилие извлечения: 30 Н;

2. Конструкция защиты от неправильной установки слота: ограничение высоты слота, предназначенное для IHS, предотвращает установку плоского модуля RHS;

3. Эксплуатационные преимущества: выступающие ребра теплоотвода служат поверхностью для захвата, упрощая установку и извлечение в высокоплотных коммутаторах и снижая риск касания внутренних контактов оптического порта.

 

2.4 Ключевые преимущества

 

1. Независимое охлаждение и низкий порог развертывания: не требуется индивидуальная тепловая конструкция коммутатора; универсальные воздушные системы охлаждения спереди и сзади могут быть напрямую адаптированы, обеспечивая развертывание по принципу «из коробки»;

2. Достаточный тепловой запас: большая площадь теплоотвода и полностью оснащенный 32-портовый коммутатор сохраняют работу при полной нагрузке без перегрева или снижения частоты, обеспечивая исключительную стабильность в сценариях дальней когерентной передачи, таких как финансовые транзакции и приложения кампусного DCI;

3. Зрелая экосистема и универсальность: все линейки продуктов Arista, Cisco и Juniper оснащены стандартной конфигурацией коммутаторов с воздушным охлаждением; все оптические модули 400G/800G SR/DR/FR/LR/ZR в этих сериях доступны в версиях IHS.

 

2.5 Ограничения

 

Выступающие ребра не могут плотно прилегать к холодной пластине, поэтому они полностью несовместимы с системами жидкостного охлаждения; если конструкция воздушного потока корпуса имеет недостатки, эффективность охлаждения высокоплотных шкафов значительно снизится.

 

 

III. Базовое определение и конструктивные характеристики OSFP-RHS (радиатор циклического типа)

 

3.1 Физические характеристики оборудования

 

RHS, обычно известный как OSFP с плоской верхней поверхностью, имеет такие же ширину и глубину, как IHS; его высота составляет всего 9,5 мм, и на верхней части отсутствуют выступающие ребра — вместо этого предусмотрена плоская металлическая поверхность теплового интерфейса, что делает его специально подходящим для жидкостного охлаждения и высокоплотных сценариев NIC/DPU.

 

3.2 Логика передачи тепла при охлаждении

 

Путь передачи тепла: чип модуля $ightarrow$ плоская металлическая верхняя поверхность $ightarrow$ устанавливаемая в корпус коммутатора теплопроводящая термопрокладка радиатора типа RHS, где тепло отводится посредством твердотельной теплопроводности; в сценариях жидкостного охлаждения система может напрямую соединяться с холодной пластиной, обеспечивая бесзазорную передачу тепла и полностью устраняя ограничения воздушного охлаждения. Максимальная способность отвода тепла зависит от структуры теплового интерфейса на стороне хоста; высококачественные системы с холодными пластинами могут стабильно поддерживать сверхмощные когерентные модули с мощностью более 25 Вт, обеспечивая значительно меньшее тепловое сопротивление по сравнению с воздушными решениями IHS.

 

3.3 Характеристики механического взаимодействия

 

1. Специальное для RHS усилие установки и извлечения корпуса: максимальное усилие установки 55 Н, максимальное усилие извлечения 45 Н; более высокие усилия обеспечивают плотное прилегание верхней поверхности к теплоотводу;

2. Обязательные функции защиты от неправильной установки: ограничители высоты корпуса, защелкивающиеся конструкции и несовместимость с IHS предотвращают неправильную установку, которая может повредить структуру теплоотвода;

3. Компактная конструкция: отсутствие выступающих ребер позволяет выполнять внутреннюю компоновку и укладку компонентов, обеспечивая более высокое использование пространства в слоте NIC GPU-сервера.

 

3.4 Ключевые преимущества

 

1. Совместимость с центрами обработки данных следующего поколения с жидкостным охлаждением: плоская верхняя поверхность обеспечивает прямое соединение с охлаждающими пластинами, что делает его единственным стандартизированным решением OSFP для AI-супервычислений и жидкостно охлаждаемых HPC-кластеров;

2. Совместимость с сетевыми картами/устройствами DPU: NVIDIA ConnectX-7/8 и BlueField DPU; предоставляются только слоты корпуса RHS, рассчитанные на узкие слоты карт внутри корпуса сервера;

3. Совместимость со сверхвысокой плотностью: отсутствие выступающих ребер обеспечивает большую гибкость внутренней разводки и конфигураций укладки, что делает решение идеальным для сверхширокополосных AI-кластеров обучения.

 

3.5 Ограничения

 

Эти системы зависят от специализированных конструкций управления тепловым режимом; стандартные воздушные теплообменники не могут использоваться в таких конфигурациях. Отдельный модуль не обладает возможностью самостоятельного охлаждения, и при извлечении из соответствующего корпуса RHS он быстро перегревается, что приводит к отказу системы; вследствие этого стоимость развертывания и порог модернизации центров обработки данных значительно выше.

 

IV. Сравнительная таблица основных параметров OSFP-IHS и RHS

 

Таблица

 

 

V. Руководство по выбору реализации приложений на основе сценариев

 

5.1 Сценарий 1: Традиционные облачные центры обработки данных с воздушным охлаждением, кампусные DCI и серверные помещения для финансовых транзакций

 

Рекомендуемое решение: OSFP-IHS

 

1. Особенности бизнеса: В центре обработки данных используются стандартные стойки с вентиляцией спереди и сзади; коммутаторы представляют собой универсальное Ethernet-оборудование leaf-spine, развернутое с модулями 400G DR4/FR4/LR4, 800G DR8 и когерентными модулями 400G ZR;

2. Обоснование выбора: Не требуется модификация охлаждения шкафа; модули оснащены встроенными ребрами охлаждения, что позволяет реализовать полную конфигурацию на 32 порта с длительной работой при полной нагрузке без риска перегрева; IHS является приоритетным выбором для низколатентных соединений в залах финансовой торговли и межшкафных соединений уровня 10 км в кампусных средах;

3. Практический пример: Финансовая организация обновила свои когерентные соединения 400G; один модуль в 32-портовом коммутаторе потребляет всего 18 Вт, использует решение IHS для обеспечения отсутствия сбоев из-за перегрева в течение года и эффективно избегает тепловых ограничений, связанных с модулями QSFP-DD.

 

5.2 Сценарий 2: Кластеры обучения больших ИИ-моделей, высокопроизводительные вычисления (HPC) с жидкостным охлаждением и крупномасштабная сеть GPU

 

Рекомендуемое решение: OSFP-RHS

 

1. Особенности системы: Центр обработки данных оснащен системой жидкостного охлаждения с холодными пластинами, использует жидкостно охлаждаемые коммутаторы NVIDIA Quantum-3, имеет высокоплотное соединение между GPU-серверами и множество модулей 800G DR8 и 800G дальней связи, работающих на полной мощности;

2. Обоснование выбора: Плоская конструкция RHS напрямую соединяется с охлаждающей пластиной, обеспечивая эффективность теплопередачи, значительно превосходящую решения с воздушным охлаждением; она может стабильно поддерживать мощные модули с энергопотреблением более 25 Вт; отсутствие выступающих ребер гарантирует отсутствие помех при прокладке кабелей или установке в высокоплотных GPU-шкафах;

3. Текущая ситуация в отрасли: Все новые обучающие кластеры, создаваемые ведущими производителями ИИ, используют решение жидкостного охлаждения RHS; каждый кластер включает более 10 000 модулей 800G OSFP-RHS, обеспечивая стабильную рабочую температуру при длительной работе на полной нагрузке и устраняя проблемы с тепловым снижением производительности.

 

5.3 Сценарий 3: Серверные NIC, интеллектуальные NIC на базе DPU и периферийные узлы высокопроизводительных вычислений

 

Рекомендуемое решение: OSFP-RHS

 

Аппаратные слоты-клетки для моделей DPU NVIDIA ConnectX-7/8 и серии BlueField поддерживают только плоские модули RHS с верхней поверхностью; пространство слота PCIe внутри сервера весьма ограничено, при этом выступающие ребра радиатора IHS могут мешать крышке корпуса или кулеру GPU; поэтому конфигурация RHS с плоской верхней поверхностью идеально соответствует ограниченному внутреннему пространству сервера.

 

5.4 Сценарий 4: высокоскоростное соединение следующего поколения 1.6T OSFP/OSFP-XD

 

1.Стандартная модель OSFP1600: сохраняет форм-фактор IHS и совместима с существующими чиллерами с воздушным охлаждением, что делает её идеальным решением для плавного обновления существующих центров обработки данных;

2.Модель высокой плотности OSFP-XD: оснащена конструкцией RHS с плоской верхней поверхностью, специально разработанной для кластеров ИИ с жидкостным охлаждением; предлагает 16 каналов и сверхвысокую пропускную способность 1.6T, используя холодную пластину для обработки чрезвычайно высоких тепловых нагрузок.

 

VI. Ключевые аспекты развертывания и выбора

 

1.Позиции разных клеток не должны использоваться взаимозаменяемо: механические конструкции IHS и RHS полностью изолированы ограничительными фиксаторами; принудительная установка или извлечение может повредить модуль или клетку коммутатора. Перед закупкой необходимо проверить, поддерживает ли аппаратная модель коммутатора данную конфигурацию;

2.Тепловое решение, соответствующее энергопотреблению: для короткодистанционных оптических модулей с низким и средним энергопотреблением (SR8/DR8) с энергопотреблением ≤18 Вт воздушного охлаждения IHS полностью достаточно; для когерентных дальнодействующих модулей ZR с энергопотреблением >20 Вт рекомендуется RHS для сценариев жидкостного охлаждения;

3.Приоритетное решение для архитектур охлаждения центров обработки данных: для новых центров обработки данных с воздушным охлаждением следует напрямую выбирать IHS; для проектов модернизации с жидкостным охлаждением или новых кластеров ИИ следует повсеместно применять RHS;

4.Общее управление CMIS: оба типа модулей поддерживают цифровой диагностический мониторинг CMIS 5.0 или более поздних версий; их функции контроля температуры, оптической мощности и динамического управления мощностью полностью идентичны, что исключает необходимость любых вторичных изменений системы управления сетью.

 

VII. Итоги

 

OSFP-IHS и RHS — это не вопрос превосходства или недостатка производительности; напротив, это дифференцированные конструкции, адаптированные для двух совершенно разных систем охлаждения центров обработки данных:

 

1.OSFP-IHS представляет собой стандартизированное универсальное решение для эпохи воздушного охлаждения, оснащённое встроенными независимыми возможностями охлаждения, зрелой экосистемой и простым развертыванием; оно подходит для традиционных облачных центров обработки данных, межсоединений кампусных сетей и критически важных финансовых сервисов.

2.OSFP-RHS — это высокопроизводительное решение следующего поколения для жидкостного охлаждения ИИ-суперкомпьютеров, использующее отвод тепла через хост-систему для преодоления ограничений энергопотребления, что делает его совместимым с крупномасштабными кластерами GPU, сетевыми картами DPU и будущими сверхвысокоскоростными каналами 1.6T.

В течение отраслевого цикла, характеризующегося широким внедрением 800G и постепенной коммерциализацией 1.6T, архитекторы сетей должны учитывать архитектуры охлаждения центров обработки данных, энергопотребление сервисов и характеристики стоечных слотов аппаратных платформ, чтобы подобрать соответствующие решения термоуправления OSFP, тем самым предотвращая на уровне источника ключевые риски, такие как перегрев, снижение частоты и простой системы высокоскоростных оптических модулей.

 

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

 

FAQ1: Можно ли смешивать и использовать оптические модули OSFP-IHS и RHS на одном и том же коммутаторе?

 

Взаимозаменяемость не допускается. Оба модуля оснащены ограничителями высоты и специальными механизмами защиты от неправильной фиксации, обеспечивающими физическое исключение совместного использования их механических конструкций: высота модуля IHS составляет 13 мм, тогда как высота модуля RHS — только 9,5 мм; поэтому модуль IHS нельзя установить в клетку RHS, а модуль RHS нельзя установить в предназначенную для IHS клетку. Принудительная установка или извлечение может поцарапать теплоотводящую конструкцию или повредить как клетку коммутатора, так и корпус модуля. Перед закупкой и установкой обязательно необходимо проверить поддерживаемую конфигурацию клетки коммутатора.

 

FAQ 2: Может ли модуль RHS с плоской верхней поверхностью нормально работать при подключении к стандартному воздушному теплообменнику?

 

Система не может работать стабильно и сильно подвержена перегреву и сбоям. В RHS отсутствуют встроенные охлаждающие ребра, и он полностью зависит от теплоотводящей прокладки монтажного адаптера охлаждения и блока жидкостного охлаждения; напротив, стандартные коммутаторы с воздушным охлаждением не имеют соответствующего блока теплового интерфейса, поэтому верхняя поверхность модуля не может эффективно отводить тепло. При полной нагрузке всего за несколько минут температура чипа может превысить допустимый порог, что приведёт к снижению тактовой частоты, отключению питания или даже необратимому выгоранию чипа.

 

FAQ3: В каких сценариях следует выбирать IHS, а в каких необходимо использовать RHS?

 

Выбирайте IHS: идеально подходит для традиционных систем охлаждения центров обработки данных с передней и задней вентиляцией, межсоединений DCI кампусных сетей, центров обработки данных финансовых транзакций и плавного обновления существующей инфраструктуры коммутаторов до каналов 1.6T; модули оснащены встроенным конвекционным охлаждением с ребрами, не требуют модернизации центра обработки данных, совместимы с оптическими модулями с энергопотреблением до 20 Вт и предлагают зрелое решение, совместимое с экосистемой.

Необходимо использовать: RHS — жидкостно охлаждаемые кластеры обучения ИИ, HPC-суперкомпьютерные системы, сетевые карты NVIDIA ConnectX серии/NIC BlueField DPU, 800G ZR и другие мощные когерентные модули; конструкция с плоской верхней поверхностью совместима с охлаждающими пластинами, обеспечивает компактное использование пространства без физических помех и способна поддерживать тепловую нагрузку до 30 Вт.

 

FAQ 4: Как выбрать между закрытым корпусом IHS и версией с открытыми ребрами?

 

·Открытые ребра (IHS): обеспечивают большую площадь рассеивания тепла и более высокую эффективность теплопередачи, что делает их подходящими для чистых стандартных центров обработки данных и высокоплотных 32-портовых коммутаторов, работающих при полной нагрузке;

·Закрытый корпус IHS: защитный корпус с интегрированными ребрами обеспечивает превосходную защиту от пыли; он особенно рекомендуется для промышленных машинных залов с высоким уровнем запыленности или наружных периферийных машинных залов; обе модели имеют одинаковые электрические характеристики, позиции клеток и ограничения максимального энергопотребления, различаясь только внешней структурой теплоотвода и защиты.

 

FAQ 5: Являются ли функции управления сетью и мониторинга оптических модулей IHS и RHS взаимозаменяемыми?

 

Полностью совместимы: оба модуля OSFP с различными конфигурациями теплоотвода совместимы со стандартами CMIS 5.0 и более поздними версиями; их возможности цифровой диагностики остаются идентичными, обеспечивая нормальное считывание таких параметров, как температура модуля, оптическая мощность, напряжение и потребление мощности в реальном времени; поэтому существующие системы управления сетью могут единообразно управлять этими модулями без необходимости вторичной разработки или модификации.