スタックOSFP光トランシーバコールドプレート液体冷却の主な設計制約

序文 

データセンター業界ではすでに800G/1.6T光モジュールが大規模に採用されており、光モジュールのコールドプレート液冷の需要が大幅に増加しています。この業界の需要を満たすため、OSFP-MSA V5.22バージョンでは、コールドプレート液冷に適用可能なソリューションが追加されました。現在、業界ではヒートパイプ+リモートコールドプレート方式など、単層光モジュール向けのソリューションがいくつか存在しています。しかし、コールドプレート液冷を備えたスタックケージ光モジュールについては、業界から成熟した技術ソリューションはまだ提供されておらず、多くのサプライヤーがまだ新しい技術ソリューションの試作と研究を行っています。この記事では、最新のMSAプロトコルで規定されているスタック-OSFP光モジュールのコールドプレート液冷に関連する設計上の制約をまとめ、整理します。

OSFPモジュール本体寸法（IHSなし）

光モジュール用のコールドプレート液冷システムに対応するため、OSFP光モジュールからIHSを取り外す必要があります。このとき、光モジュール本体の寸法は以下のとおりです。

1. モジュール幅 22.58 mm
2. モジュール高さ9.5mm、公差は-0.2～0.1mm、つまり光モジュール本体の最大寸法偏差は0.3mm
3. コールドプレートとの許容接触面積：16.6 mm × 62.2 ± 0.5 mm

コールドプレート液体冷却用スタックケージ

冷たいプレートに出会う 液体冷却 二層光モジュールの要件を満たすため、スタックケージの寸法は大幅に変更されました。ケージは2セグメント分割型に変更され、セグメント化された設置に対応しています。

下部ケージの上部カバーからPCBボードまでの高さ：11.15 mm

二層ケージクリアランス高さスペース：9.5 mm、最大深さ68 mm、下層光モジュールコールドプレートを収容可能

ケージ全体の高さ: 31.05 mm、ケージ上部の開口部面積: 61.6 × 18 mm。光モジュールを設置してフィットさせるには、コールド プレートのボス面積はこのサイズより小さくする必要があります。

ケージ強度を高めるため、後端に一定の幅を確保し、最大開口サイズを58×18mmに調整しました。

長さ方向は上層ケージと比較して3.6mm短くなっています。上層と下層の光モジュールコールドプレート構造の整合性を維持したい場合は、この時点で下層の開口寸法に合わせて設計する必要があります。

単層ケージの正味高さ寸法は9.9 ± 0.1 mmです。ケージと光モジュール間の最大許容隙間範囲は0.2～0.7 mmであることがわかります。

OSFPモジュールの追加の熱および機械要件

挿入/引抜力

1. 最大挿入力 40 N (RHS 最大 55 N)。
2. 最大引抜力は30N（RHS最大45N）。光モジュールがコールドプレート液体冷却を採用している場合は、RHSシナリオと同様に考慮されるため、最大挿入力は55Nとします。

光モジュールの平坦性要件 

14Wを超えるシナリオ、つまり800G以上の光モジュールの場合、光モジュールの表面平坦度は0.05mm以下、粗さRaは0.8μm以下である必要があります。光モジュールのコールドプレートを設計する際には、この要件に従って設計する必要があります。

光学モジュールRHSダウンフォース要件 

MSAプロトコルは、2つのクランプ力要件を規定しています。 OSFP光モジュール、RHS ともにセクション 5.5 では 36 N を超えないこと、セクション 12.8 では 50 N を超えないことが求められています。MSA の第 12 章は IHS を削除して OSFP 光モジュール向けに特別に更新された章であり、この章のケージ構造はクリアランス高さ 9.5 mm で設計されているため、スタックケージの場合、光モジュールのコールドプレートを設計する際には、最大ダウンフォースが 50 N を超えないように設計することが推奨されます。下層のコールドプレートと光モジュールの接触面積を 16.6 × 50 mm と仮定すると、50 N のダウンフォース下での面圧は約 8.3 psi になります。光モジュールがコールドプレートに接触する際の接触圧力が非常に低いことがわかります。

OSFP光モジュールケージ+コールドプレート物理サンプル

このバージョンのMSAプロトコルに従って試作されたケージ構造を以下に示します。下層の光モジュールコールドプレートは、高さ9.5mm、奥行き68mmという寸法制約内で、信頼性が高く比較的低コストの光モジュールコールドプレート液冷ソリューションを提供する必要があります。

現在、業界のコネクタメーカーの中には、スタックケージ用のコールドプレートソリューションを提供しているところもあります。例えば、Amphenol社が提供するソリューションは、上下層それぞれ8つの光モジュールを同時にコールドプレート液冷できる統合型コールドプレートです。公式情報によると、このコールドプレートは以下の特徴を備えています。

1. 上層と下層の各 8 つの光モジュールで共有される一体型のコールド プレート (合計 16 ポート)。
2. 最大冷却能力40W;
3. 各ポートに独立したスプリング荷重がかかって接触が確保されます。
4. 16 個の光モジュールに対して入口と出口が 1 つずつあるため、信頼性が最大限に高まり、漏れのリスクが軽減されます。
5. 流体の水圧は挿入/抽出力に影響しません (浮上部分が冷却剤に接触せず、スライディングシールや同様の漏れのシナリオがないことを示します)。

このソリューションを適用した後の実際の放熱性能はまだ検証する必要があります。

製品概要

OSFP光モジュールは、800Gおよび1.6T容量の主流フォームファクタソリューションです。コールドプレート液冷ソリューションの放熱性能と信頼性は、コールドプレート液冷技術が広く普及し、光モジュール液冷に適用できるかどうかを左右します。MSAは既に、光モジュールコールドプレート液冷に適用可能な推奨構造設計を提供しています。今後のコールドプレートソリューション設計では、OSFP光モジュールコールドプレートを設計する際に、上記の主要な制約情報を参照する必要があります。