面向 800G/1.6T 光模块的液冷关键技术白皮书

面向800G/1.6T光模块的液冷关键技术白皮书总结

一、概述

智算中心算力需求的持续增长推动了交换机和光模块传输性能的提升，同时也对散热系统提出了更高要求，加速了液冷技术在交换机领域的应用。光模块的液冷方案因其系统级复杂性成为关键技术挑战。本报告分析了光模块的功耗发展趋势，梳理了其散热技术演进路径，探究了液冷设计的关键技术方向，并归纳了行业在相关技术路径上的探索与特点。

二、术语、定义和略缩语

定义了MSA、OSFP、RU、TIM、QD、PoC等关键术语。

三、现有光模块液冷技术

随着传输速率提升，光模块功耗持续攀升，散热方案从风冷转向液冷。光模块散热涉及结构设计、材料制程等系统级问题：

• 结构设计：冷板需具备灵活性以支持部件浮动公差，需控制冷板高度在9mm以下，并满足MSA标准插拔力要求。
• 材料：导热材料需具备耐磨擦特性，否则只能采用干接触，导致热阻较高（干接触热阻1in2C/W），光模块32W时部分热点温差可达25.6℃。
• 液冷设计：冷板需克服干接触影响，内部需做微结构特征，并预留支撑设计以保证液冷承压要求。

四、光模块液冷规格分析

分析了现有几种光模块液冷方案：

• Nvidia&HPE：采用热管方式将热量导至冷板，可靠性高但散热性能有限。
• Molex：采用一体式冷板方案，散热路径短，性能较佳，但需验证浮动装置的长期可靠性。
• Ciena：采用软管连接光模块冷板，散热性能好，但泄漏风险高；还提出光模块直接液冷方案，需搭配微型快拆接头，系统级设计需考虑流阻和可靠性。

五、原型样品成果

基于光模块产品要点和行业产品分析，输出原型样品需求：

• 单一光模块发热量至少32W以上。
• 分离式冷板。
• 管路独立且具备灵活性，采用波纹管焊接方式提高可靠度。
• 冷板空间在7mm以下。
• 冷板承压至少800kPa。
• 对比冷板串联及并联差异。

与液冷厂商合作制作了以下几款原型样品：

• 文轩热能：采用独立冷板+金属波纹管支持浮动，串联方式支持散热，冷板内做疏/密微结构设计。
• 苏州大图：采用独立冷板+金属波纹管支持浮动，并联方式支持散热，降低流阻但分配到各冷板的流量较小。
• 万亨达：采用独立冷板+金属波纹管支持浮动，串联方式支持散热，蛇形流道设计确保全面散热。
• 同裕科技：采用独立冷板+铜管支持浮动，串联方式支持散热，采用高密度微结构保障散热及承压需求。

关键数据：

• 各家原型样品在32W功耗、0.25LPM流量下，热阻均满足最低0.7C/W的要求。
• 流阻存在较大问题，主要因素包括焊接时焊料溢吸和高密翅片导致的高流阻。

六、未来方向

提出了光模块液冷技术的改善方向：

• 流阻过高：优化焊接工艺和微结构设计。
• 导热材料：开发耐磨、可多次使用且不易破坏的导热材料。
• 波纹管：需要微型制作的波纹管厂家配合。
• 表面处理工艺：开发既保证抗腐蚀又保持柔软性的表面处理工艺。