Restricciones de diseño clave para la refrigeración líquida de placa fría del transceptor óptico Stack-OSFP

Prefacio 

La industria de los centros de datos ya ha adoptado módulos ópticos de 800G/1.6T a gran escala, y la demanda de refrigeración líquida por placa fría para módulos ópticos ha aumentado significativamente. Para satisfacer esta demanda, la versión OSFP-MSA V5.22 ha incorporado soluciones aplicables a la refrigeración líquida por placa fría. Actualmente, existen algunas soluciones para módulos ópticos monocapa en la industria, como esquemas de tubo de calor + placa fría remota, entre otras. Sin embargo, para los módulos ópticos Stack con refrigeración líquida por placa fría, la industria aún no ha proporcionado una solución técnica consolidada, y muchos proveedores aún están prototipando e investigando nuevas soluciones. Este artículo resume y organiza las restricciones de diseño relacionadas con la refrigeración líquida por placa fría para módulos ópticos Stack-OSFP, según lo especificado en el último protocolo MSA.

Dimensiones del cuerpo del módulo OSFP (sin IHS)

Para permitir la refrigeración líquida por placa fría para los módulos ópticos, es necesario retirar el IHS del módulo óptico OSFP. Actualmente, las dimensiones del cuerpo del módulo óptico son las siguientes:

1. Ancho del módulo 22.58 mm
2. Altura del módulo 9.5 mm, con tolerancia de -0.2 ~ 0.1 mm, es decir, la desviación dimensional máxima del cuerpo del módulo óptico es de 0.3 mm.
3. Área de contacto permitida con placa fría: 16.6 mm × 62.2 ± 0.5 mm

Jaula apilable para refrigeración líquida de placa fría

Para encontrarse con la placa fría refrigeración líquida Debido a la necesidad de módulos ópticos de doble capa, las dimensiones de la jaula de apilamiento han experimentado cambios significativos. La jaula se ha convertido en una de dos segmentos, lo que permite la instalación segmentada.

Altura desde la tapa superior de la jaula inferior hasta la placa PCB: 11.15 mm

Espacio libre de altura de la jaula de doble capa: 9.5 mm, profundidad máxima 68 mm, puede acomodar la placa fría del módulo óptico de capa inferior

Altura total de la jaula: 31.05 mm Área de apertura de la jaula superior: 61.6 × 18 mm, el área del soporte de la placa fría debe ser más pequeña que este tamaño para permitir la instalación y el ajuste del módulo óptico.

Para mejorar la resistencia de la jaula, se reserva un cierto ancho en el extremo trasero y el tamaño máximo de apertura se ajusta a 58 × 18 mm.

La dirección longitudinal se reduce en 3.6 mm en comparación con la jaula superior. Si se desea mantener la consistencia de las estructuras de la placa fría del módulo óptico de las capas superior e inferior, el diseño debe seguir las dimensiones de la abertura de la capa inferior en este momento.

La altura neta indicada para la jaula monocapa es de 9.9 ± 0.1 mm. Como se puede observar, la distancia máxima posible entre la jaula y el módulo óptico es de 0.2 ~ 0.7 mm.

Requisitos térmicos y mecánicos adicionales del módulo OSFP

Fuerza de inserción/extracción

1. Fuerza máxima de inserción 40 N (con RHS máximo 55 N);
2. Fuerza máxima de extracción: 30 N (máx. 45 N con RHS). Si el módulo óptico utiliza refrigeración líquida por placa fría, se considera igual que en el caso de RHS, por lo que la fuerza máxima de inserción se considera de 55 N.

Requisito de planitud del módulo óptico 

Para escenarios superiores a 14 W, correspondientes a módulos ópticos de 800 G o superiores, la planitud superficial del módulo óptico no debe ser superior a 0.05 mm y la rugosidad Ra debe ser de 0.8 μm. Al diseñar la placa fría del módulo óptico, esta debe cumplir con este requisito.

Requisito de carga aerodinámica del módulo óptico RHS 

El protocolo MSA proporciona dos requisitos de fuerza de sujeción para módulos ópticos OSFP, ambos para RHS: la Sección 5.5 requiere no exceder 36 N, la Sección 12.8 requiere no exceder 50 N. Dado que el Capítulo 12 del MSA es un capítulo específicamente actualizado para módulos ópticos OSFP después de eliminar el IHS, y la estructura de la jaula en este capítulo está diseñada con una altura libre de 9.5 mm, para jaulas de pila, se recomienda diseñar con una fuerza descendente máxima que no exceda 50 N al diseñar la placa fría del módulo óptico. Suponiendo que el área de contacto de la placa fría de la capa inferior con el módulo óptico es de 16.6 × 50 mm, la presión superficial bajo una fuerza descendente de 50 N es de aproximadamente 8.3 psi. Se puede observar que la presión de contacto cuando el módulo óptico entra en contacto con la placa fría es extremadamente baja.

Muestras físicas de la jaula del módulo óptico OSFP + placa fría

La estructura de la jaula, prototipada según esta versión del protocolo MSA, se muestra a continuación. La placa fría del módulo óptico de la capa inferior debe proporcionar una solución de refrigeración líquida altamente fiable y de bajo coste, con unas dimensiones de 9.5 mm de altura y 68 mm de profundidad.

Actualmente, algunos fabricantes de conectores del sector ya ofrecen soluciones de placa fría para jaulas Stack. Por ejemplo, la solución de Amphenol consiste en una placa fría integrada que permite la refrigeración líquida simultánea de 8 módulos ópticos, tanto en la capa superior como en la inferior. Según información oficial, esta placa fría presenta las siguientes características:

1. Placa fría de una pieza compartida por 8 módulos ópticos cada uno en las capas superior e inferior (16 puertos en total);
2. Capacidad máxima de enfriamiento 40 W;
3. Carga de resorte independiente para cada puerto para garantizar el contacto;
4. Sólo una entrada y una salida para 16 módulos ópticos, maximizando la confiabilidad y reduciendo el riesgo de fugas;
5. La presión del agua del fluido no afecta la fuerza de inserción/extracción (lo que indica que la parte flotante no entra en contacto con el refrigerante y no hay sellos deslizantes ni situaciones de fugas similares).

El rendimiento real de disipación de calor de esta solución después de la aplicación aún necesita ser verificado.

Resumen

El módulo óptico OSFP es la solución de formato convencional para capacidades de 800G y 1.6T. El rendimiento de disipación de calor y la fiabilidad de su solución de refrigeración líquida por placa fría son cruciales para la amplia difusión y aplicación de esta tecnología en la refrigeración líquida de módulos ópticos. La MSA ya ha proporcionado el diseño estructural recomendado aplicable a la refrigeración líquida por placa fría para módulos ópticos. Los diseños posteriores de soluciones de placa fría deben tener en cuenta la información clave sobre las restricciones mencionadas al diseñar las placas frías para módulos ópticos OSFP.