來源：網(wǎng)絡(luò)

數(shù)據(jù)通信需求的爆發(fā)推動可插拔光模塊向“更高帶寬、更高功率”持續(xù)演進。從2000年初1G帶寬、功耗約1W的SFP模塊，到當前800ZR/ZR+模塊功耗達30W、1.6T ZR/ZR＋模塊達40-45W，預計下一代3.2T模塊功耗將突破50-55W。這一趨勢下，傳統(tǒng)風冷技術(shù)已觸及物理極限——報告明確的“風冷極限線”顯示，狹小模塊空間內(nèi)，風冷無法滿足高功率散熱需求，強行應用將導致風扇功耗激增、噪音加劇及端口密度下降，成為制約性能升級的核心障礙。

隨著人工智能、云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)的飛速發(fā)展，智算中心對算力的需求呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。在這一背景下，高速光模塊作為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)暮诵牟考媾R著功耗攀升帶來的散熱挑戰(zhàn)。特別是在800G/1.6T等更高速率的光模塊逐漸普及的今天，傳統(tǒng)的風冷技術(shù)已經(jīng)難以滿足散熱需求，液冷技術(shù)由此成為行業(yè)關(guān)注的焦點。開放數(shù)據(jù)中心委員會（ODCC）最新發(fā)布的《面向800G/1.6T光模塊的液冷關(guān)鍵技術(shù)白皮書》深入探討了這一技術(shù)領(lǐng)域的現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)與未來方向，為行業(yè)發(fā)展提供了重要參考。本文將基于該白皮書的內(nèi)容，對高速光模塊液冷技術(shù)的當前進展、關(guān)鍵技術(shù)難點以及未來發(fā)展趨勢進行全面的分析與解讀。

一、光模塊功耗增長推動液冷技術(shù)革新

光模塊的功耗隨著傳輸速率的提升而顯著增加，這一趨勢在智算中心架構(gòu)中尤為明顯。GPU服務(wù)器雖然是智算中心的核心基礎(chǔ)設(shè)施，但交換機以及光模塊同樣是確保整體算力傳輸效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。根據(jù)白皮書中的預測，當光模塊的傳輸速率達到3.2T時，其功耗可能超過40W。這種功耗的快速增長使得傳統(tǒng)的風冷技術(shù)逐漸無法滿足散熱需求，行業(yè)開始從風冷向液冷技術(shù)過渡。液冷技術(shù)憑借其高效的散熱性能，正在成為解決高功耗光模塊散熱問題的關(guān)鍵技術(shù)路徑。

光模塊的散熱問題并非單一的散熱挑戰(zhàn)，而是涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料制程等多方面的系統(tǒng)級問題。白皮書指出，光模塊屬于動件，其周圍的部件如光模塊本身、鼠籠、冷板等都存在一定的公差，這使得冷板需要具備靈活性，以支持所有部件產(chǎn)生的浮動公差。在極限公差情況下，光模塊與冷板的連接可能過緊，導致運維時需要施加較大的力才能拔出光模塊進行維護。根據(jù)MSA（多源協(xié)議）標準，光模塊的插拔力有明確的規(guī)范要求，這也為液冷設(shè)計帶來了額外的挑戰(zhàn)。此外，現(xiàn)有的光模塊鼠籠有單層和雙層兩種類型，為了保障智算中心的高密度需求，冷板的高度需要控制在較低的水平，保守評估為9mm，而較為可靠的高度為7mm。這種高度限制進一步增加了液冷設(shè)計的難度。

在材料方面，由于光模塊是動件，而冷板和鼠籠固定在交換機內(nèi)，在實際運維中無法保證光模塊的插入方向和位置完全正確。如果在冷板與光模塊接觸的位置使用導熱材料，在插入光模塊時可能導致材料破損。因此，導熱材料需要具備耐磨擦的特性，否則冷板與光模塊之間只能采用干接觸方式，其熱阻可能達到1in2C/W。在光模塊功耗為32W時，部分熱點在干接觸條件下的溫差可能達到25.6°C，這會對光模塊的正常工作造成嚴重影響。液冷設(shè)計需要克服這些挑戰(zhàn)，通過微結(jié)構(gòu)特征和內(nèi)部支撐設(shè)計，確保散熱效果和結(jié)構(gòu)可靠性。

二、行業(yè)液冷方案的技術(shù)路徑與比較

目前，行業(yè)內(nèi)在光模塊液冷技術(shù)方面已經(jīng)出現(xiàn)了多種方案，每種方案各有特點。白皮書中提到了幾家主要廠商的技術(shù)路徑，包括Nvidia、HPE、Molex和Ciena等。這些方案從散熱性能、可靠性、結(jié)構(gòu)設(shè)計等角度展現(xiàn)了不同的技術(shù)思路。Nvidia和HPE采用熱管方式將光模塊的熱量導至冷板，這種方案屬于高可靠性設(shè)計，液冷冷板不直接與光模塊接觸，而是通過熱管進行熱傳導。然而，這種方式的導熱路徑較長，散熱性能相對有限。其傳導路徑為光模塊→銅塊→TIM（熱界面材料）→熱管→TIM→冷板，雖然在低功耗發(fā)熱元件中表現(xiàn)良好，但在高功耗情況下效能較差。

Molex采用一體式冷板方案，在各個光模塊位置設(shè)計浮動裝置以克服公差問題。冷板直接貼合光模塊，散熱路徑較短，散熱性能優(yōu)于熱管方案。然而，這種方案需要對浮動裝置的可靠性進行充分驗證，確保長期使用的穩(wěn)定性。如果一體式冷板的底部沒有獨立的浮動裝置，可能無法有效支持光模塊的浮動需求。Ciena則提出了兩種方案：一種是采用軟管連接光模塊冷板，利用軟管的特性解決公差問題，冷板直接與光模塊發(fā)熱源接觸，從而提高散熱性能。但這種方案由于各支路采用軟管和卡箍連接，泄漏風險較高。另一種方案是在光模塊直接集成液冷設(shè)計，需要搭配微型快拆接頭。這種方案對接頭的尺寸和可靠性要求極高，目前行業(yè)內(nèi)僅有少數(shù)廠家能夠提供相關(guān)產(chǎn)品，供應鏈風險較大。

從這些方案中可以看出，光模塊液冷技術(shù)需要在散熱性能、結(jié)構(gòu)可靠性和供應鏈風險之間找到平衡。直接接觸式方案雖然散熱性能更好，但面臨公差和材料挑戰(zhàn)；而間接方案如熱管技術(shù)雖然可靠性高，但散熱性能有限。行業(yè)未來的發(fā)展可能需要結(jié)合多種技術(shù)的優(yōu)點，推動更加集成化和標準化的解決方案。此外，微型快拆接頭和浮動裝置等關(guān)鍵部件的創(chuàng)新將成為技術(shù)突破的重點。

三、原型樣品的創(chuàng)新設(shè)計與性能驗證

為了應對光模塊液冷技術(shù)的挑戰(zhàn)，ODCC聯(lián)合銳捷網(wǎng)絡(luò)、京東云等合作伙伴開展了系統(tǒng)性的研究與開發(fā)，并與多家液冷廠商合作制作了原型樣品。這些樣品針對光模塊液冷的關(guān)鍵需求進行了創(chuàng)新設(shè)計，并在性能上進行了實測驗證。白皮書中提到了四家廠商的原型樣品：文軒熱能、蘇州大圖、萬亨達和同裕科技。這些樣品在冷板高度、承壓能力、浮動公差支持等方面均滿足了設(shè)計要求，并在熱阻和流阻測試中展現(xiàn)了不同的特性。

文軒熱能的原型樣品采用獨立冷板加金屬波紋管的設(shè)計，支持光模塊的浮動需求。冷板采用串聯(lián)方式散熱，內(nèi)部通過疏密微結(jié)構(gòu)設(shè)計平衡散熱性能。蘇州大圖的樣品同樣采用獨立冷板和金屬波紋管，但使用并聯(lián)方式散熱。并聯(lián)設(shè)計可以使冷板制作更加歸一化，降低流阻，但分配到每個冷板的流量相對較小。萬亨達的樣品采用串聯(lián)方式和蛇形流道設(shè)計，確保冷板有效覆蓋光模塊，實現(xiàn)全面散熱。同裕科技的樣品則采用獨立冷板加銅管支持浮動，冷板高度僅為4.16mm，在高密度微結(jié)構(gòu)設(shè)計和先進焊接工藝的支持下，實現(xiàn)了良好的散熱和承壓性能。

在性能測試中，這些原型樣品在入水溫度40°C、發(fā)熱功耗32W、流量0.25LPM的條件下，熱阻均低于0.7°C/W的要求，展現(xiàn)了良好的散熱性能。然而，流阻測試結(jié)果顯示，部分樣品的流阻較高。分析表明，流阻過高的主要原因是焊接過程中出現(xiàn)的焊料溢吸現(xiàn)象，以及高密度微結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來的流動阻力。這表明在未來的設(shè)計中，需要進一步優(yōu)化焊接工藝和微結(jié)構(gòu)布局，在保證散熱性能的同時控制流阻。金屬波紋管在這一過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，其柔性連接特性有效支持了冷板的浮動需求，但微型化和表面處理技術(shù)的提升仍是未來的重點。

四、液冷技術(shù)的未來發(fā)展方向與挑戰(zhàn)

光模塊液冷技術(shù)雖然已經(jīng)取得了一定的進展，但仍面臨多個方面的挑戰(zhàn)。白皮書指出，未來的技術(shù)發(fā)展需要在流阻控制、材料創(chuàng)新、結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝優(yōu)化等方面繼續(xù)突破。流阻過高是當前原型樣品中普遍存在的問題，這主要是由于微型冷板的焊接工藝和微結(jié)構(gòu)設(shè)計尚未完全成熟。焊接過程中需要避免焊環(huán)堵塞現(xiàn)象，同時優(yōu)化微結(jié)構(gòu)布局，以降低流動阻力。并聯(lián)設(shè)計可能是解決流阻問題的有效路徑，但需要確保各支路的流量分配均勻。

在材料方面，導熱材料的創(chuàng)新將成為提升散熱性能的關(guān)鍵。目前，干接觸方式的熱阻較高，限制了散熱效果。如果能夠開發(fā)出具備耐磨擦、可多次使用的導熱材料，將顯著改善冷板與光模塊之間的熱傳導效率，甚至減少對微結(jié)構(gòu)設(shè)計的依賴，從而降低流阻。此外，金屬波紋管的微型化和表面處理技術(shù)也需要進一步提升。現(xiàn)有的波紋管雖然能夠滿足基本需求，但在有限空間內(nèi)，對更小尺寸波紋管的需求日益增加。同時，表面處理工藝需要在不影響柔性的前提下提高抗腐蝕性能，目前的鍍鎳技術(shù)雖然能夠抗腐蝕，但會降低部件的柔軟性。

從行業(yè)生態(tài)的角度來看，光模塊液冷技術(shù)的標準化和供應鏈整合也是未來的重要方向。Ciena提出的光模塊直接集成液冷方案雖然具有較好的散熱性能，但需要光模塊廠商的深度參與和定制化開發(fā)。目前，僅有少數(shù)廠家能夠提供相關(guān)的微型快拆接頭，這增加了供應鏈風險。行業(yè)需要推動更加開放和標準化的技術(shù)路線，降低供應鏈依賴，提高技術(shù)的普及性和經(jīng)濟性。此外，液冷系統(tǒng)的整體優(yōu)化也需要考慮與現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的兼容性，確保技術(shù)的平滑過渡和規(guī)模化應用。

以上就是關(guān)于2025年高速光模塊液冷技術(shù)的分析。從光模塊功耗的增長趨勢到液冷技術(shù)的創(chuàng)新方案，再到原型樣品的性能驗證和未來挑戰(zhàn)，這一技術(shù)領(lǐng)域正在經(jīng)歷快速的發(fā)展和變革。液冷技術(shù)作為解決高功耗光模塊散熱問題的關(guān)鍵路徑，其進步將直接影響到智算中心的算力效率和可靠性。然而，當前的技術(shù)仍面臨流阻控制、材料創(chuàng)新和工藝優(yōu)化等方面的挑戰(zhàn)，需要行業(yè)各方共同努力，推動更加成熟和標準化的解決方案。隨著技術(shù)的不斷突破，液冷技術(shù)有望在800G/1.6T乃至更高速率的光模塊中發(fā)揮更加重要的作用，為智算中心的高效運行提供堅實保障。