I. Prefazione

 

Con l'adozione commerciale su larga scala delle tecnologie 400G e 800G e la graduale implementazione delle soluzioni 1.6T OSFP/OSFP-XD, il consumo energetico dei moduli ottici ad alta velocità è aumentato significativamente: il consumo energetico dei moduli 800G DR8 può raggiungere 15–18 W; il consumo energetico dei moduli coerenti 400G/800G ZR supera i 25 W; e il carico termico totale dei moduli ottici installati in uno switch completamente configurato a 32 porte si avvicina a 800 W, rendendo la gestione termica il principale collo di bottiglia nell'implementazione delle soluzioni di packaging OSFP.

 

L'alleanza OSFP MSA ha definito due architetture di raffreddamento standardizzate per i due principali paradigmi di raffreddamento dei data center—raffreddamento ad aria e raffreddamento a liquido: OSFP-IHS (dissipatore di calore integrato) e OSFP-RHS (dissipatore di calore montato su rack). Sebbene queste due configurazioni siano completamente compatibili per quanto riguarda percorsi elettrici, gestione CMIS e velocità di trasmissione, le loro strutture meccaniche, i percorsi di dissipazione del calore e gli scenari applicabili sono completamente diversi; di conseguenza, le posizioni dei cage non possono essere scambiate né utilizzate in modo intercambiabile. Basato sulla specifica OSFP MSA 5.22, questo articolo analizza sistematicamente le differenze tra le due architetture dei moduli e i rispettivi limiti prestazionali termici, fornendo una guida alla selezione e all'implementazione per cluster AI, data center cloud e ambienti HPC (High-Performance Computing).

 

2、OSFP-IHS (Radiatore integrato): definizione di base e caratteristiche strutturali

 

 

2.1 Specifiche fisiche hardware

 

L'IHS è la forma nativa dello standard OSFP, con dimensioni di 22,58 mm (larghezza) × 107,8 mm (profondità) × 13,0 mm (altezza); il corpo del modulo presenta alette di dissipazione del calore in alluminio pressofuso integrate, disponibili in due varianti secondarie: configurazione ad alette aperte e configurazione con alloggiamento chiuso.

1. Design ad alette aperte: alette di dissipazione del calore esposte sulla superficie superiore che scambiano direttamente calore con il flusso d'aria fronte-retro attraverso lo chassis, aumentando l'area di dissipazione del calore del 30% rispetto ai moduli con superficie superiore piatta;

2. Alloggiamento chiuso: il design con alette integra una custodia protettiva che combina la protezione dalla polvere con una dissipazione del calore di base, rendendolo adatto a sale server con ambienti ad alta presenza di polvere.

 

2.2 Logica di conduzione della dissipazione del calore

 

Percorso di dissipazione del calore: modulo DSP / chip laser $ightarrow$ dissipatore di calore in alluminio integrato $ightarrow$ condotto dell'aria dello chassis dello switch per il raffreddamento convettivo; la capacità di dissipazione del calore è completamente sostenuta dal modulo stesso, senza dipendere da ulteriori strutture di conduzione termica all'interno dello chassis dello switch. Lo standard OSFP MSA specifica una potenza nominale massima di 15W; i modelli estesi possono supportare moduli ad alta potenza fino a 20W; l'intervallo di temperatura operativa standard è 0–70 °C; la versione potenziata per alte temperature supporta il funzionamento a lungo termine a temperature comprese tra 75–80 °C.

 

2.3 Caratteristiche dell'interazione meccanica

 

1. Forza di inserimento e rimozione dello slot cage standard: forza massima di inserimento: 40 N; forza massima di rimozione: 30 N;

2. Design anti-inserimento errato dello slot: il limite di altezza dello slot specifico per IHS impedisce l'inserimento del modulo RHS con superficie superiore piatta;

3. Vantaggi operativi: le alette di dissipazione sporgenti fungono da superficie di presa, rendendo più conveniente l'inserimento e la rimozione negli switch ad alta densità e riducendo il rischio di toccare i contatti delle porte ottiche interne.

 

2.4 Vantaggi principali

 

1. Dissipazione del calore indipendente e bassa soglia di implementazione: non è necessario un design termico personalizzato dello switch; le unità di raffreddamento universali ad aria fronte-retro possono essere adattate direttamente, consentendo un'implementazione "pronta all'uso";

2. Ampia ridondanza termica: grazie a un'ampia area di dissipazione del calore e a uno switch completamente equipaggiato a 32 porte che mantiene il funzionamento a pieno carico senza surriscaldamento o riduzione della frequenza, offre un'eccellente stabilità in scenari coerenti a lunga distanza come transazioni finanziarie e applicazioni DCI nei campus;

3. Ecosistema maturo e universale: tutte le linee di prodotto di Arista, Cisco e Juniper presentano una configurazione standard di switch raffreddati ad aria; tutti i moduli ottici 400G/800G SR/DR/FR/LR/ZR di queste serie sono disponibili con versioni IHS.

 

2.5 Limitazioni

 

Le alette rialzate non possono aderire saldamente alla piastra fredda, quindi sono completamente incompatibili con i sistemi di raffreddamento a liquido; se il design del flusso d'aria del case presenta difetti, l'efficienza di raffreddamento degli armadi ad alta densità diminuirà significativamente.

 

 

III. Definizione di base e caratteristiche strutturali di OSFP-RHS (Radiatore di tipo ciclico)

 

3.1 Specifiche fisiche hardware

 

L'RHS, comunemente noto come OSFP Flat-top, ha larghezza e profondità identiche all'IHS; la sua altezza è di soli 9,5 mm e non presenta alette sporgenti sulla parte superiore; al contrario, fornisce una superficie piatta di interfaccia termica metallica, rendendolo specificamente adatto al raffreddamento a liquido e agli scenari con NIC/DPU ad alta densità.

 

3.2 Logica di conduzione della dissipazione del calore

 

Percorso di trasferimento del calore: chip del modulo $ightarrow$ superficie superiore metallica piatta $ightarrow$ pad termico conduttivo montato sul cage dello switch di tipo riding (dissipatore RHS), dove il calore viene dissipato tramite conduzione solida; negli scenari di raffreddamento a liquido, il sistema può essere collegato direttamente a una piastra fredda, consentendo una conduzione del calore senza intercapedini ed eliminando completamente le limitazioni imposte dal raffreddamento ad aria. La capacità massima di dissipazione del calore dipende dalla struttura dell'interfaccia termica sul lato host; i sistemi con piastra fredda di alta qualità possono supportare stabilmente moduli coerenti ad altissima potenza con livelli superiori a 25 W, con resistenze termiche significativamente inferiori rispetto alle soluzioni IHS raffreddate ad aria.

 

3.3 Caratteristiche dell'interazione meccanica

 

1. Forza di inserimento ed estrazione del cage specifico per RHS: forza massima di inserimento di 55 N, forza massima di estrazione di 45 N; forze superiori garantiscono un accoppiamento stretto tra la superficie superiore e il diffusore termico;

2. Caratteristiche obbligatorie anti-installazione errata: limitatori di altezza del cage, strutture a scatto e non interoperabilità con IHS per impedire installazioni improprie che potrebbero danneggiare la struttura di dissipazione del calore;

3. Design compatto: nessuna aletta sporgente; consente l'impilamento interno dei componenti e raggiunge un maggiore utilizzo dello spazio nello slot NIC del server GPU.

 

3.4 Vantaggi principali

 

1. Compatibile con i data center raffreddati a liquido di prossima generazione: la superficie superiore piatta consente il collegamento diretto alle piastre di raffreddamento, rendendola l'unica soluzione OSFP standardizzata per il supercalcolo AI e i cluster HPC raffreddati a liquido;

2. Compatibile con schede di rete/dispositivi DPU: NVIDIA ConnectX-7/8 e BlueField DPU; sono forniti solo slot cage RHS, progettati per adattarsi agli slot stretti delle schede all'interno dello chassis del server;

3. Compatibilità con densità ultra-elevata: non presentando alette sporgenti, offre maggiore flessibilità nelle configurazioni di cablaggio interno e impilamento, risultando ideale per cluster di addestramento AI con larghezza di banda ultra-elevata.

 

3.5 Limitazioni

 

Questi sistemi si basano su strutture personalizzate di gestione termica; gli scambiatori di calore standard raffreddati ad aria non possono essere utilizzati in tali configurazioni. Il modulo autonomo non dispone di capacità di auto-raffreddamento e, se rimosso dal relativo involucro RHS, subirà un rapido surriscaldamento e un guasto del sistema; di conseguenza, il costo di implementazione e la soglia per l'ammodernamento dei data center sono significativamente più elevati.

 

IV. Tabella comparativa dei parametri principali tra OSFP-IHS e RHS

 

Tabella

 

 

V. Guida alla selezione dell'implementazione applicativa basata sugli scenari

 

5.1 Scenario 1: data center cloud tradizionali raffreddati ad aria, DCI di campus e sale server per transazioni finanziarie

 

Soluzione consigliata: OSFP-IHS

 

1. Caratteristiche aziendali: il data center utilizza rack standard con raffreddamento tramite ventilazione anteriore-posteriore; gli switch sono apparecchiature Ethernet leaf-spine universali, implementate con moduli coerenti 400G DR4/FR4/LR4, 800G DR8 e 400G ZR;

2. Motivazione della selezione: non sono necessarie modifiche al raffreddamento dell'armadio; i moduli dispongono di alette di raffreddamento integrate, consentendo una configurazione completa a 32 porte con funzionamento continuo a pieno carico senza rischi di surriscaldamento; privilegia IHS per collegamenti a bassa latenza nelle sale di trading finanziario e connettività inter-armadio a livello di 10 km negli ambienti campus;

3. Caso reale: un istituto finanziario ha aggiornato i propri collegamenti coerenti 400G; un singolo modulo di uno switch a 32 porte consuma solo 18 W di potenza, utilizza la soluzione IHS per garantire zero guasti da surriscaldamento durante tutto l'anno ed evita efficacemente i colli di bottiglia termici associati ai moduli QSFP-DD.

 

5.2 Scenario 2: cluster di addestramento di grandi modelli AI, High-Performance Computing (HPC) raffreddato a liquido e networking GPU su larga scala

 

Soluzione consigliata: OSFP-RHS

 

1. Caratteristiche del sistema: il data center è dotato di un sistema di raffreddamento a liquido con piastre fredde, utilizza switch NVIDIA Quantum-3 raffreddati a liquido, presenta interconnessioni ad alta densità tra server GPU e dispone di numerosi moduli coerenti 800G DR8 e 800G a lunga distanza operanti a piena capacità;

2. Motivazione della selezione: il design a superficie piatta RHS si interfaccia direttamente con la piastra di raffreddamento, raggiungendo un'efficienza di trasferimento del calore nettamente superiore rispetto alle soluzioni ad aria; può supportare stabilmente moduli ad alta potenza con consumo superiore a 25 W; non presenta alette sporgenti, garantendo assenza di interferenze durante il cablaggio o l'impilamento negli armadi GPU ad alta densità;

3. Panorama attuale del settore: tutti i nuovi cluster di addestramento realizzati dai principali produttori di AI adottano la soluzione di raffreddamento a liquido RHS; ogni cluster comprende oltre 10.000 moduli OSFP-RHS 800G, garantendo temperature operative stabili a lungo termine a pieno carico ed eliminando qualsiasi problema di limitazione termica delle prestazioni.

 

5.3 Scenario 3: NIC server, Smart NIC basate su DPU e nodi edge di High-Performance Computing

 

Soluzione consigliata: OSFP-RHS

 

Gli alloggiamenti del cage hardware per i modelli DPU NVIDIA ConnectX-7/8 e della serie BlueField supportano solo moduli RHS flat-top; lo spazio dello slot PCIe all'interno del server è piuttosto limitato, e le alette sporgenti dell'IHS potrebbero interferire con il coperchio dello chassis o il dissipatore della GPU; pertanto, la configurazione RHS flat-top si adatta perfettamente allo spazio interno ristretto del server.

 

5.4 Scenario 4: collegamento ad alta velocità di nuova generazione OSFP/OSFP-XD da 1.6T

 

1.Modello standard OSFP1600: mantiene il fattore di forma IHS ed è compatibile con i sistemi di raffreddamento ad aria esistenti, rendendolo ideale per un aggiornamento fluido dei data center esistenti;

2.Modello ad alta densità OSFP-XD: presenta un design RHS flat-top specificamente adattato ai cluster AI raffreddati a liquido; offre 16 canali e una larghezza di banda ultra elevata da 1.6T, utilizzando una piastra fredda per gestire carichi termici estremamente elevati.

 

VI. Considerazioni chiave per l'implementazione e la selezione

 

1.Le diverse posizioni del cage non devono essere utilizzate in modo intercambiabile: le strutture meccaniche di IHS e RHS sono completamente isolate dai loro clip di limitazione; l'inserimento o la rimozione forzata può danneggiare il modulo o il cage dello switch. Prima dell'approvvigionamento, è necessario verificare se il modello hardware dello switch supporta questa configurazione;

2.Soluzione di gestione termica in base al consumo energetico: per moduli ottici a breve distanza a basso o medio consumo (SR8/DR8) con un consumo energetico ≤18W, il raffreddamento ad aria tramite IHS è completamente sufficiente; per moduli coerenti ZR a lunga distanza con un consumo energetico >20W, RHS è consigliato per scenari di raffreddamento a liquido;

3.Decisione prioritaria per le architetture di raffreddamento dei data center: per data center raffreddati ad aria di nuova costruzione, selezionare direttamente IHS; per progetti che prevedono il retrofit del raffreddamento a liquido o nuovi cluster AI, adottare uniformemente RHS;

4.Gestione generale CMIS: entrambi i tipi di modulo supportano il monitoraggio diagnostico digitale CMIS 5.0 o versioni successive; le loro funzionalità di temperatura, potenza ottica e gestione dinamica dell'alimentazione sono completamente identiche, eliminando la necessità di modifiche secondarie al sistema di gestione della rete.

 

VII. Riepilogo

 

OSFP-IHS e RHS non rappresentano una questione di superiorità o inferiorità delle prestazioni; piuttosto, rappresentano design differenziati adattati a due sistemi di raffreddamento dei data center completamente diversi:

 

1.OSFP-IHS rappresenta una soluzione universale standardizzata per l'era del raffreddamento ad aria, con capacità di raffreddamento indipendenti integrate, un ecosistema maturo e un'implementazione semplice; è adatto ai tradizionali data center cloud, all'interconnessione dei campus e ai servizi finanziari mission-critical.

2.OSFP-RHS è una soluzione ad alte prestazioni di nuova generazione per il supercalcolo AI raffreddato a liquido che sfrutta la conduzione termica basata sull'host per superare i limiti del consumo energetico, rendendola compatibile con cluster GPU su larga scala, schede di rete DPU e futuri collegamenti a larghezza di banda ultra elevata da 1.6T.

Durante il ciclo industriale caratterizzato dall'adozione diffusa di 800G e dalla graduale commercializzazione di 1.6T, gli architetti di rete devono integrare le architetture di raffreddamento dei data center, il consumo energetico dei servizi e le specifiche degli slot rack delle piattaforme hardware per abbinare le corrispondenti soluzioni di gestione termica OSFP, riducendo così alla fonte rischi fondamentali come surriscaldamento, riduzione della frequenza e tempi di inattività del sistema dei moduli ottici ad alta velocità.

 

Domande frequenti (FAQ)

 

FAQ1: I moduli ottici OSFP-IHS e RHS possono essere combinati e utilizzati sullo stesso switch?

 

L'intercambiabilità non è consentita. Entrambi i moduli sono dotati di limitatori di altezza e meccanismi dedicati di aggancio rapido anti-errore, che garantiscono l'esclusione fisica reciproca tra le loro strutture meccaniche: il modulo IHS ha un'altezza di 13 mm, mentre il modulo RHS ha solo 9,5 mm; pertanto, il modulo IHS non può essere inserito nel cage RHS, né il modulo RHS può essere inserito nel cage specifico per IHS. L'inserimento o la rimozione forzata può graffiare la struttura di dissipazione del calore o danneggiare sia il cage dello switch sia l'alloggiamento del modulo. È obbligatorio verificare la configurazione supportata dal cage dello switch prima dell'approvvigionamento e dell'installazione.

 

FAQ 2: Il modulo RHS flat-top può funzionare normalmente quando è collegato a uno scambiatore di calore standard raffreddato ad aria?

 

Il sistema non può funzionare in modo stabile ed è altamente soggetto a surriscaldamento e arresti anomali del sistema. L'RHS non dispone di alette di raffreddamento integrate e si affida completamente al pad termico di montaggio dell'adattatore di raffreddamento e al blocco di raffreddamento a liquido per la dissipazione del calore; al contrario, gli switch standard raffreddati ad aria non dispongono di un blocco di interfaccia termica corrispondente, il che significa che la superficie superiore del modulo non può dissipare efficacemente il calore. A pieno carico per pochi minuti, la temperatura del chip può superare la soglia, attivando la riduzione della frequenza di clock, l'interruzione dell'alimentazione o persino la bruciatura permanente del chip.

 

FAQ3: In quali scenari dovrei scegliere IHS e in quali scenari devo utilizzare RHS?

 

Scegliere IHS: ideale per i tradizionali sistemi di raffreddamento dei data center con ventilazione anteriore e posteriore, l'interconnessione DCI dei campus, i data center per transazioni finanziarie e l'aggiornamento fluido dell'infrastruttura switch esistente ai collegamenti 1.6T; i moduli dispongono di raffreddamento convettivo integrato con alette, eliminando la necessità di retrofit del data center, sono compatibili con moduli ottici con consumo energetico fino a 20W e offrono una soluzione matura compatibile con l'ecosistema.

Da includere obbligatoriamente: RHS – cluster di addestramento AI raffreddati a liquido, sistemi di supercalcolo HPC, schede NIC della serie NVIDIA ConnectX/schede di rete DPU BlueField, 800G ZR e altri moduli coerenti ad alta potenza; design flat-top compatibile con piastre di raffreddamento, con utilizzo compatto dello spazio senza interferenze fisiche e capacità di supportare fino a 30W di carico termico elevato.

 

FAQ 4: Come scelgo tra l'alloggiamento chiuso IHS e la versione con alette aperte?

 

·Alette di tipo aperto (IHS): offrono una maggiore area di dissipazione del calore e una più elevata efficienza di trasferimento termico, rendendole adatte a data center standard puliti e switch ad alta densità a 32 porte operanti in condizioni di pieno carico;

·Alloggiamento chiuso IHS: l'alloggiamento protettivo integrato con alette offre migliori prestazioni contro la polvere; è particolarmente consigliato per sale macchine industriali con elevati livelli di polvere o sale macchine edge esterne; entrambi i modelli hanno specifiche elettriche, posizioni del cage e limiti massimi di consumo energetico identici, con la sola differenza nella struttura esterna di dissipazione del calore e protezione.

 

FAQ 5: Le funzioni di gestione e monitoraggio della rete dei moduli ottici IHS e RHS sono intercambiabili?

 

Completamente compatibili: entrambi i moduli OSFP con diverse configurazioni di dissipazione del calore sono compatibili con gli standard CMIS 5.0 e successivi; le loro capacità diagnostiche digitali rimangono identiche, consentendo la lettura normale di parametri quali temperatura del modulo, potenza ottica, tensione e consumo energetico in tempo reale; i sistemi di gestione della rete esistenti possono quindi gestire uniformemente questi moduli senza richiedere sviluppo o modifiche secondarie.