I. Prefácio

 

Com a adoção comercial em larga escala das tecnologias 400G e 800G e a implantação gradual das soluções 1.6T OSFP/OSFP-XD, o consumo de energia dos módulos ópticos de alta velocidade aumentou significativamente: o consumo de energia dos módulos 800G DR8 pode chegar a 15–18 W; o consumo de energia dos módulos coerentes 400G/800G ZR excede 25 W; e a carga térmica total dos módulos ópticos instalados em um switch de 32 portas totalmente configurado se aproxima de 800 W — tornando o gerenciamento térmico o principal gargalo na implementação das soluções de encapsulamento OSFP.

 

A Aliança OSFP MSA definiu duas arquiteturas padronizadas de resfriamento para os dois principais paradigmas de refrigeração de data centers — refrigeração a ar e refrigeração líquida: OSFP-IHS (Dissipador de Calor Integrado) e OSFP-RHS (Dissipador de Calor Montado em Rack). Embora essas duas configurações sejam totalmente compatíveis em termos de caminhos elétricos, gerenciamento CMIS e taxas de transmissão, suas estruturas mecânicas, caminhos de dissipação de calor e cenários aplicáveis são completamente diferentes; consequentemente, as posições dos cages não podem ser trocadas nem usadas de forma intercambiável. Com base na especificação OSFP MSA 5.22, este artigo analisa sistematicamente as diferenças entre as duas arquiteturas de módulos e seus respectivos limites de desempenho térmico, além de fornecer um guia de seleção e implementação para clusters de IA, data centers em nuvem e ambientes HPC (Computação de Alto Desempenho).

 

2、OSFP-IHS (Radiador Integrado): Definição Básica e Características Estruturais

 

 

2.1 Especificações Físicas do Hardware

 

O IHS é a forma nativa do padrão OSFP, com dimensões de 22,58 mm (largura) × 107,8 mm (profundidade) × 13,0 mm (altura); o corpo do módulo possui aletas integradas de dissipação de calor em alumínio fundido sob pressão, disponíveis em duas subvariantes: configuração de aletas abertas e configuração de carcaça fechada.

1.Design de aletas abertas: aletas de dissipação de calor expostas na superfície superior trocam calor diretamente com o fluxo de ar da frente para trás através do chassi, aumentando a área de dissipação de calor em 30% em comparação com módulos de topo plano;

2.Carcaça fechada: o design com aletas incorpora uma estrutura protetora integrada que combina proteção contra poeira com dissipação básica de calor, tornando-o adequado para salas de servidores com ambientes de alta concentração de poeira.

 

2.2 Lógica de Condução da Dissipação de Calor

 

Caminho de dissipação de calor: módulo DSP / chip laser $ightarrow$ dissipador de calor de alumínio integrado $ightarrow$ duto de ar do chassi do switch para resfriamento por convecção; a capacidade de dissipação de calor é totalmente suportada pelo próprio módulo, sem depender de estruturas adicionais de condução térmica dentro do chassi do switch. O padrão OSFP MSA especifica uma potência máxima de 15 W; modelos estendidos podem acomodar módulos de alta potência de até 20 W; a faixa padrão de temperatura operacional é de 0–70 °C; a versão aprimorada para alta temperatura suporta operação de longo prazo em temperaturas entre 75–80 °C.

 

2.3 Características de Interação Mecânica

 

1.Força de inserção e remoção do slot cage padrão: força máxima de inserção: 40 N; força máxima de remoção: 30 N;

2.Design antierro de inserção do slot: o limite de altura do slot específico do IHS impede a inserção do módulo RHS de topo plano;

3.Vantagens operacionais: as aletas de dissipação de calor salientes servem como superfície de apoio, tornando a inserção e remoção em switches de alta densidade mais conveniente e reduzindo o risco de tocar nos contatos internos da porta óptica.

 

2.4 Vantagens Principais

 

1.Dissipação de calor independente e baixo limite de implantação: não há necessidade de projeto térmico personalizado do switch; unidades universais de resfriamento a ar dianteiro-traseiro podem ser adaptadas diretamente, permitindo implantação "pronta para uso";

2.Redundância térmica suficiente: apresenta uma grande área de dissipação de calor e um switch totalmente equipado de 32 portas que mantém operação em carga total sem superaquecimento ou redução de frequência, proporcionando estabilidade excepcional em cenários coerentes de longa distância, como transações financeiras e aplicações DCI de campus;

3.Ecossistema maduro e universal: todas as linhas de produtos da Arista, Cisco e Juniper apresentam switches refrigerados a ar como configuração padrão; todos os módulos ópticos 400G/800G SR/DR/FR/LR/ZR dessas séries estão disponíveis em versões IHS.

 

2.5 Limitações

 

As aletas elevadas não conseguem se ajustar firmemente à placa fria, portanto são totalmente incompatíveis com sistemas de refrigeração líquida; se o projeto de fluxo de ar do gabinete apresentar falhas, a eficiência de resfriamento de racks de alta densidade cairá significativamente.

 

 

III. Definição Básica e Características Estruturais do OSFP-RHS (Radiador do Tipo Ciclismo)

 

3.1 Especificações Físicas do Hardware

 

O RHS, conhecido comumente como OSFP de topo plano, possui largura e profundidade idênticas às do IHS; sua altura é de apenas 9,5 mm e ele não possui aletas salientes na parte superior — em vez disso, fornece uma superfície plana de interface térmica metálica, tornando-o especialmente adequado para refrigeração líquida e cenários de NIC/DPU de alta densidade.

 

3.2 Lógica de Condução da Dissipação de Calor

 

Caminho de transferência de calor: chip do módulo $ightarrow$ superfície superior metálica plana $ightarrow$ almofada térmica condutora de calor montada no cage do switch do tipo dissipador RHS, onde o calor é dissipado por condução sólida; em cenários de refrigeração líquida, o sistema pode ser conectado diretamente a uma placa fria, permitindo condução térmica sem lacunas e eliminando completamente as limitações impostas pelo resfriamento baseado em ar. A capacidade máxima de dissipação de calor depende da estrutura de interface térmica no lado do host; sistemas de placas frias de alta qualidade podem suportar de forma estável módulos coerentes de potência extremamente alta com níveis superiores a 25 W, apresentando resistências térmicas significativamente menores que as soluções IHS refrigeradas a ar.

 

3.3 Características de Interação Mecânica

 

1.Força de inserção e extração do cage específico do RHS: força máxima de inserção de 55 N, força máxima de extração de 45 N; forças maiores garantem um encaixe firme entre a superfície superior e o espalhador de calor;

2.Recursos obrigatórios contra instalação incorreta: limitadores de altura do cage, estruturas de encaixe e incompatibilidade com IHS para evitar instalação inadequada que possa danificar a estrutura de dissipação de calor;

3.Design compacto: sem aletas salientes; permite empilhamento interno de componentes e maior aproveitamento de espaço no slot de NIC do servidor GPU.

 

3.4 Vantagens Principais

 

1.Compatível com data centers de refrigeração líquida de próxima geração: sua superfície superior plana permite conexão direta com placas de resfriamento, tornando-o a única solução OSFP padronizada para supercomputação de IA e clusters HPC refrigerados a líquido;

2.Compatível com placas de rede/dispositivos DPU: NVIDIA ConnectX-7/8 e BlueField DPU; apenas cages RHS são fornecidos, projetados para se ajustar aos slots estreitos das placas dentro do chassi do servidor;

3.Compatibilidade com ultra-alta densidade: sem aletas salientes, oferece maior flexibilidade nas configurações internas de cabeamento e empilhamento, sendo ideal para clusters de treinamento de IA com largura de banda extremamente alta.

 

3.5 Limitações

 

Esses sistemas dependem de estruturas personalizadas de gerenciamento térmico; trocadores de calor padrão refrigerados a ar não podem ser usados nessas configurações. O módulo independente não possui capacidade de autorresfriamento e, se removido de seu invólucro RHS correspondente, sofrerá superaquecimento rápido e falha do sistema; consequentemente, o custo de implantação e o limite para modernização do data center são significativamente maiores.

 

IV. Tabela Comparativa dos Parâmetros Principais entre OSFP-IHS e RHS

 

Tabela

 

 

V. Guia de seleção de implementação de aplicações baseado em cenários

 

5.1 Cenário 1: Data centers de nuvem tradicionais refrigerados a ar, DCI de campus e salas de servidores de transações financeiras

 

Solução recomendada: OSFP-IHS

 

1.Características do negócio: O data center utiliza racks padrão de resfriamento por ventilação frontal e traseira; os switches são equipamentos Ethernet leaf-spine universais, implantados com módulos coerentes 400G DR4/FR4/LR4, 800G DR8 e 400G ZR;

2.Justificativa da seleção: Não são necessárias modificações no resfriamento dos gabinetes; os módulos possuem aletas de resfriamento integradas, permitindo configuração completa de 32 portas com operação contínua em carga máxima sem riscos de superaquecimento; prioriza IHS para links de baixa latência em salas de negociação financeira e conectividade entre gabinetes em nível de 10 km em ambientes de campus;

3.Caso real: Uma instituição financeira atualizou seus links coerentes 400G; um único módulo de um switch de 32 portas consome apenas 18W de energia, utiliza a solução IHS para garantir zero falhas por superaquecimento durante todo o ano e evita efetivamente os gargalos térmicos associados aos módulos QSFP-DD.

 

5.2 Cenário 2: Cluster de treinamento de grandes modelos de IA, computação de alto desempenho (HPC) refrigerada por líquido e redes GPU em larga escala

 

Solução recomendada: OSFP-RHS

 

1.Características do sistema: O data center está equipado com um sistema de resfriamento líquido por placas frias, utiliza switches NVIDIA Quantum-3 refrigerados por líquido, possui interconexão de alta densidade entre servidores GPU e conta com diversos módulos coerentes 800G DR8 e 800G de longa distância operando em capacidade total;

2.Justificativa da seleção: O design de topo plano RHS faz interface direta com a placa de resfriamento, alcançando uma eficiência de transferência de calor muito superior às soluções de resfriamento a ar; pode suportar de forma estável módulos de alta potência com consumo superior a 25W; não possui aletas salientes, garantindo ausência de interferência durante o cabeamento ou empilhamento em gabinetes GPU de alta densidade;

3.Panorama atual da indústria: Todos os novos clusters de treinamento construídos pelos principais fabricantes de IA adotam a solução de resfriamento líquido RHS; cada cluster contém mais de 10.000 módulos 800G OSFP-RHS, garantindo temperaturas operacionais estáveis sob carga máxima por longos períodos e eliminando problemas de redução térmica de desempenho.

 

5.3 Cenário 3: NICs de servidores, NICs inteligentes baseadas em DPU e nós de computação de alto desempenho de borda

 

Solução recomendada: OSFP-RHS

 

Os slots da gaiola de hardware para os modelos DPU NVIDIA ConnectX-7/8 e da série BlueField suportam apenas módulos RHS de topo plano; o espaço do slot PCIe dentro do servidor é bastante limitado, e as aletas salientes do IHS podem interferir com a tampa do chassi ou o cooler da GPU; portanto, a configuração RHS de topo plano se adapta perfeitamente ao espaço interno restrito do servidor.

 

5.4 Cenário 4: Link de alta velocidade de próxima geração OSFP/OSFP-XD de 1.6T

 

1.Modelo padrão OSFP1600: Mantém o formato IHS e é compatível com chillers existentes refrigerados a ar, sendo ideal para uma atualização tranquila de data centers existentes;

2.Modelo de alta densidade OSFP-XD: Apresenta um design RHS de topo plano especificamente adaptado para clusters de IA refrigerados a líquido; oferece 16 canais e largura de banda ultra-alta de 1.6T, utilizando uma placa fria para lidar com cargas térmicas extremamente altas.

 

VI. Principais considerações para implantação e seleção

 

1.As posições das diferentes gaiolas não devem ser usadas de forma intercambiável: as estruturas mecânicas de IHS e RHS são completamente isoladas por seus clipes limitadores; a inserção ou remoção forçada pode danificar o módulo ou a gaiola do switch. Antes da aquisição, é necessário verificar se o modelo de hardware do switch suporta esta configuração;

2.Solução de gerenciamento térmico correspondente ao consumo de energia: para módulos ópticos de curta distância com baixo a médio consumo de energia (SR8/DR8) e consumo ≤18W, a refrigeração a ar por IHS é totalmente suficiente; para módulos coerentes ZR de longa distância com consumo >20W, recomenda-se RHS para cenários de refrigeração líquida;

3.Decisão prioritária para arquiteturas de refrigeração de data centers: para data centers refrigerados a ar recém-construídos, selecione IHS diretamente; para projetos envolvendo adaptação para refrigeração líquida ou novos clusters de IA, adote RHS de forma uniforme;

4.Gerenciamento geral CMIS: ambos os tipos de módulos suportam monitoramento de diagnóstico digital CMIS 5.0 ou posterior; suas funcionalidades de temperatura, potência óptica e gerenciamento dinâmico de energia são totalmente idênticas, eliminando a necessidade de quaisquer modificações secundárias no sistema de gerenciamento de rede.

 

VII. Resumo

 

O OSFP-IHS e o RHS não são uma questão de superioridade ou inferioridade de desempenho; em vez disso, representam designs diferenciados adaptados para dois sistemas de refrigeração de data center completamente distintos:

 

1.OSFP-IHS representa uma solução universal padronizada para a era da refrigeração a ar, com capacidades independentes de refrigeração integradas, ecossistema maduro e implantação simples; é adequado para data centers tradicionais de nuvem, interconexão de campus e serviços financeiros de missão crítica.

2.OSFP-RHS é uma solução de alto desempenho de próxima geração para supercomputação de IA refrigerada a líquido, que utiliza condução térmica baseada no host para superar limites de consumo de energia, sendo compatível com grandes clusters de GPU, placas de rede DPU e futuros links de largura de banda ultra-alta de 1.6T.

Durante o ciclo da indústria caracterizado pela ampla adoção de 800G e pela comercialização gradual de 1.6T, os arquitetos de rede devem integrar as arquiteturas de refrigeração dos data centers, o consumo de energia dos serviços e as especificações dos slots de rack das plataformas de hardware para combinar as soluções correspondentes de gerenciamento térmico OSFP, reduzindo na origem riscos essenciais como superaquecimento, redução de frequência e tempo de inatividade do sistema de módulos ópticos de alta velocidade.

 

Perguntas frequentes (FAQs)

 

FAQ1: Os módulos ópticos OSFP-IHS e RHS podem ser misturados e usados no mesmo switch?

 

A intercambialidade não é permitida. Ambos os módulos possuem limitadores de altura e mecanismos dedicados de encaixe antierro, garantindo exclusão física mútua entre suas estruturas mecânicas: o módulo IHS tem altura de 13 mm, enquanto o módulo RHS tem apenas 9,5 mm; portanto, o módulo IHS não pode ser inserido na gaiola RHS, nem o módulo RHS pode ser inserido na gaiola específica para IHS. A inserção ou remoção forçada pode arranhar a estrutura de dissipação de calor ou danificar tanto a gaiola do switch quanto o invólucro do módulo. É obrigatório verificar a configuração suportada pela gaiola do switch antes da aquisição e instalação.

 

FAQ 2: O módulo RHS de topo plano pode operar normalmente quando conectado a um trocador de calor padrão refrigerado a ar?

 

O sistema não pode operar de forma estável e apresenta alta propensão a superaquecimento e falhas do sistema. O RHS não possui aletas de refrigeração integradas e depende totalmente da almofada térmica de montagem do adaptador de refrigeração e do bloco de refrigeração líquida para dissipação de calor; em contraste, switches padrão refrigerados a ar não possuem um bloco de interface térmica correspondente, o que significa que a superfície superior do módulo não consegue dissipar calor de forma eficaz. Sob carga total por apenas alguns minutos, a temperatura do chip pode exceder o limite, acionando redução da velocidade do clock, interrupção de energia ou até queima permanente do chip.

 

FAQ3: Em quais cenários devo escolher IHS e em quais cenários devo usar RHS obrigatoriamente?

 

Escolha IHS: Ideal para sistemas tradicionais de refrigeração de data centers com ventilação frontal e traseira, interconexão DCI de campus, data centers de transações financeiras e atualização tranquila da infraestrutura de switches existente para links de 1.6T; os módulos possuem refrigeração convectiva integrada com aletas, eliminando a necessidade de adaptação do data center, são compatíveis com módulos ópticos com consumo de energia de até 20W e oferecem uma solução madura compatível com o ecossistema.

Obrigatório incluir: RHS – clusters de treinamento de IA refrigerados a líquido, sistemas de supercomputação HPC, NICs da série NVIDIA ConnectX/placas de rede DPU BlueField, 800G ZR e outros módulos coerentes de alta potência; design de topo plano compatível com placas de refrigeração, oferecendo uso compacto do espaço sem interferência física e capacidade de suportar até 30W de carga térmica elevada.

 

FAQ 4: Como escolher entre o invólucro fechado IHS e a versão com aletas abertas?

 

·Aletas de tipo aberto (IHS): oferecem uma área maior de dissipação de calor e maior eficiência de transferência térmica, sendo adequadas para data centers padrão limpos e switches de alta densidade com 32 portas operando sob condições de carga total;

·Invólucro fechado IHS: o invólucro protetor integrado às aletas oferece desempenho superior contra poeira; é especialmente recomendado para salas de máquinas industriais com altos níveis de poeira ou salas de máquinas de borda externas; ambos os modelos possuem especificações elétricas, posições de gaiola e limites máximos de consumo idênticos, diferenciando-se apenas pela estrutura externa de dissipação de calor e proteção.

 

FAQ 5: As funções de gerenciamento e monitoramento de rede dos módulos ópticos IHS e RHS são intercambiáveis?

 

Totalmente compatíveis: ambos os módulos OSFP com diferentes configurações de dissipação de calor são compatíveis com os padrões CMIS 5.0 e posteriores; suas capacidades de diagnóstico digital permanecem idênticas, permitindo a leitura normal de parâmetros como temperatura do módulo, potência óptica, tensão e consumo de energia em tempo real; portanto, os sistemas de gerenciamento de rede existentes podem gerenciar esses módulos de forma uniforme sem necessidade de desenvolvimento ou modificação secundária.