Stratégies de conception thermique pour les émetteurs-récepteurs 400G OSFP

Comme les centres de données et les réseaux de communication à haut débit exigent des performances toujours plus élevées de la part des modules optiques, les modules OSFP (Octal Small Form-factor Pluggable) sont devenus un choix privilégié pour les configurations de communication optique 400G, 800G et même 1.6T grâce à leur bande passante élevée, leur haute densité et leurs excellentes capacités de gestion thermique. La conception thermique est l’une des technologies clés des modules OSFP, car la structure thermique peut influencer de manière significative les performances, la stabilité et la durée de vie des modules.

Qu’est-ce que le module émetteur-récepteur OSFP 400G ?

Le module émetteur-récepteur 400G OSFP est un module optique enfichable à haut débit, à large bande passante et à haute densité. Il adopte le format OSFP (Octal Small Form Factor Pluggable). « Octal » désigne les 8 canaux contenus dans le module. Chaque canal peut prendre en charge un débit de transmission de données de 50 Gbps, permettant une bande passante totale de 400 Gbps et répondant aux exigences de transmission à haut débit des centres de données modernes et des systèmes informatiques hyperscale.

Pourquoi les modules optiques OSFP 400G ont-ils des exigences thermiques strictes ?

Les modules optiques OSFP sont couramment utilisés dans des applications de transmission de données à haute bande passante et haute densité, telles que les interconnexions de centres de données et les clusters de calcul haute performance. Ces applications imposent des exigences élevées en matière de contrôle de la consommation électrique et de capacités de gestion thermique des modules optiques. À mesure que les vitesses de transmission passent de 400G à 800G, voire davantage, la densité d’intégration des composants électroniques à l’intérieur du module continue d’augmenter, entraînant une hausse significative de la chaleur générée par unité de volume. Par conséquent, la conception efficace de la dissipation thermique est devenue une condition préalable importante pour garantir le fonctionnement normal des modules optiques OSFP.

Stratégies de gestion thermique pour les modules optiques OSFP

Conception à dessus plat

Le module optique OSFP flat-top possède une structure de boîtier métallique à dessus plat et n’inclut pas de dissipateurs thermiques supplémentaires. Leur dissipation thermique peut être gérée par le refroidissement du commutateur. La chaleur générée pendant le fonctionnement du module est conduite passivement à travers le boîtier métallique et dissipée par le flux d’air provenant des conduits et des ventilateurs du châssis. Grâce à sa structure simple et à ses dimensions normalisées, la conception flat-top offre une bonne compatibilité mécanique et une densité de ports élevée, ce qui la rend adaptée aux déploiements OSFP 400G dans les scénarios offrant de bonnes conditions de refroidissement du commutateur et des conceptions de flux d’air éprouvées.

Dissipateur thermique ouvert à ailettes supérieures

Le dessus ouvert à ailettes la conception du dissipateur thermique intègre des ailettes métalliques exposées de dissipation thermique sur le dessus du module optique OSFP, avec un espacement entre les ailettes permettant à l’air froid de passer directement à travers ou de circuler le long des canaux des ailettes. Il s’agit d’un facteur important qui augmente l’efficacité de la dissipation thermique par convection. Grâce à une plus grande surface de dissipation thermique et à un contact amélioré avec le flux d’air, cette conception abaisse efficacement la température de fonctionnement des composants à l’intérieur du module. Elle est généralement utilisée dans les modules optiques présentant une consommation d’énergie plus élevée.

Dissipateur thermique fermé à ailettes supérieures

La conception du dissipateur thermique fermé à ailettes supérieures intègre également des ailettes de dissipateur thermique sur le dessus du module optique OSFP, mais la structure des ailettes est partiellement ou complètement enfermée par l’enveloppe extérieure, ce qui permet au flux d’air de s’écouler principalement le long de la surface des ailettes pour la dissipation thermique. Comparée à la conception ouverte à ailettes supérieures, cette structure améliore la dissipation thermique tout en garantissant également la robustesse mécanique et la protection du module.

Conception de dissipation thermique double face

Pour résoudre le problème d’une dissipation thermique insuffisante sur la surface inférieure du module, certains modules optiques OSFP adoptent une conception thermique à double face. Par exemple, certains modules optiques sont équipés d’une surface supérieure avec caloduc et d’une surface inférieure avec caloduc, respectivement sur les surfaces supérieure et inférieure. Le liquide de refroidissement circule en interne, et sa circulation est assurée par des tuyaux de raccordement et une structure en boucle, améliorant ainsi l’efficacité globale de la dissipation thermique.

Matériaux et processus de fabrication

Pour améliorer davantage l’efficacité de la dissipation thermique, la structure de dissipation thermique du module optique OSFP utilise des matériaux haute performance et des procédés de fabrication avancés. Par exemple, des tubes en cuivre T2 d’un diamètre de 0.5-4mm sont utilisés comme dissipateur thermique, et une structure complexe de dissipation thermique est formée par un procédé de cintrage. De plus, les surfaces des caloducs sont étamées afin d’augmenter la surface de contact avec le corps du module, améliorant ainsi la conductivité thermique.

OSFP vs QSFP-DD : lequel offre une meilleure gestion thermique ? 

La conception de grande taille de l’OSFP lui confère un avantage significatif en matière de dissipation thermique. Grâce à son boîtier métallique optimisé et à ses canaux internes de dissipation thermique, son efficacité de dissipation thermique est supérieure de plus de 30 % à celle du QSFP-DD. Il peut prendre en charge de manière stable des modules optiques d’une puissance de 15 W, voire supérieure, comme un module optique longue distance 400G LR4. Lorsque la technologie de transmission cohérente est activée, la puissance atteint environ 14 W. Le format OSFP aide à maintenir une température de fonctionnement inférieure à 65℃, évitant ainsi la dégradation des performances due à la surchauffe. Le QSFP-DD présente une dissipation thermique relativement limitée, il est donc plus adapté aux applications de faible à moyenne puissance inférieures à 12 W. Par exemple, dans les interconnexions à courte distance entre serveurs et commutateurs au sein des centres de données, les modules optiques fonctionnent généralement à 8–10 W. Le QSFP-DD peut pleinement répondre à ces exigences thermiques tout en tirant parti de sa conception haute densité.

Gestion thermique des connecteurs OSFP dans les applications réelles

Centres de données

Dans les centres de données, d’énormes quantités de données doivent être transférées à haut débit entre les serveurs, les commutateurs et les périphériques de stockage. Les modules optiques OSFP génèrent généralement une consommation électrique importante. Le contrôle de la température est stable grâce à des solutions thermiques à dessus plat, à ailettes et à double face, ainsi qu’au flux d’air des racks et au refroidissement par air au niveau du système. Cette prouesse garantit la durabilité des liaisons 400G ou 800G avec une grande longévité pour les applications haute densité.

Clusters HPC

Dans les clusters HPC, l’échange de données à haut débit et à haut volume entre les nœuds de calcul est essentiel. Les optiques OSFP assurent la stabilité pendant le fonctionnement dans les applications à forte puissance et haute densité, pour une interconnexion fiable afin de répondre aux besoins en bande passante des réseaux tout optiques.

Edge Computing

Les scénarios d’edge computing sont généralement déployés dans des nœuds à espace restreint avec des conditions environnementales diverses, ce qui impose des exigences élevées en matière de stabilité et de fiabilité des équipements. Les modules optiques OSFP peuvent assurer un fonctionnement stable à haute bande passante, offrir une interconnexion hautement fiable et à haut débit pour les nœuds périphériques, ainsi qu’une bande passante efficace entre le réseau local et le réseau central.

FAQ sur les modules optiques OSFP 400G

Q : Un empilement d’ailettes plus dense améliore-t-il toujours le refroidissement ?

R : Non. Un réseau d’ailettes plus dense n’améliore pas toujours le refroidissement. Bien qu’une densité d’ailettes plus élevée augmente la surface de transfert de chaleur, si les ailettes sont trop proches les unes des autres, elles provoquent une obstruction du flux d’air et une résistance excessive à l’écoulement. Cette diminution du débit d’air peut également entraîner une perte globale de dissipation thermique. Un refroidissement efficace dépend d’une conception équilibrée des ailettes qui optimise à la fois la surface et le flux d’air, plutôt que de maximiser uniquement la densité des ailettes.

Q : Quel est l’objectif principal de la gestion thermique dans les modules OSFP ?

A : Le refroidissement des modules OSFP est conçu pour permettre une dissipation efficace de la chaleur produite par des composants haute puissance tels que les lasers et les puces DSP. En éliminant simplement la chaleur excessive, les performances et la fiabilité peuvent être améliorées tout en évitant d’endommager les composants sensibles du système.