I. Préface

 

Avec l'adoption commerciale à grande échelle des technologies 400G et 800G et le déploiement progressif des solutions OSFP/OSFP-XD 1,6T, la consommation énergétique des modules optiques haute vitesse a considérablement augmenté : la consommation des modules 800G DR8 peut atteindre 15–18 W ; la consommation des modules cohérents 400G/800G ZR dépasse 25 W ; et la charge thermique totale des modules optiques installés dans un commutateur entièrement configuré à 32 ports approche 800 W — faisant de la gestion thermique le principal goulot d'étranglement dans la mise en œuvre des solutions de boîtier OSFP.

 

L'alliance OSFP MSA a défini deux architectures de refroidissement standardisées pour les deux principaux paradigmes de refroidissement des centres de données — refroidissement par air et refroidissement liquide : OSFP-IHS (Integrated Heat Sink) et OSFP-RHS (Rack-mounted Heat Sink). Bien que ces deux configurations soient entièrement compatibles en termes de voies électriques, de gestion CMIS et de débits de transmission, leurs structures mécaniques, leurs chemins de dissipation thermique et leurs scénarios d'application diffèrent totalement ; par conséquent, les positions des cages ne peuvent pas être interchangées ni utilisées de manière interchangeable. Sur la base de la spécification OSFP MSA 5.22, cet article analyse systématiquement les différences entre les deux architectures de modules et leurs limites respectives de performance thermique, et fournit un guide de sélection et de mise en œuvre pour les clusters IA, les centres de données cloud et les environnements HPC (High-Performance Computing).

 

2、OSFP-IHS (Radiateur intégré) : définition de base et caractéristiques structurelles

 

 

2.1 Spécifications physiques matérielles

 

L'IHS est la forme native du standard OSFP, avec des dimensions de 22,58 mm (largeur) × 107,8 mm (profondeur) × 13,0 mm (hauteur) ; le corps du module comporte des ailettes de dissipation thermique en aluminium moulé sous pression intégrées, disponibles en deux sous-variantes : configuration à ailettes ouvertes et configuration à boîtier fermé.

1.Conception à ailettes ouvertes : ailettes de dissipation thermique exposées sur la surface supérieure échangeant directement la chaleur avec le flux d'air avant-arrière à travers le châssis, augmentant la surface de dissipation thermique de 30 % par rapport aux modules à surface supérieure plate ;

2.Boîtier fermé : la conception à ailettes intègre un boîtier de protection intégré combinant protection contre la poussière et dissipation thermique de base, ce qui la rend adaptée aux salles de serveurs présentant des environnements très poussiéreux.

 

2.2 Logique de conduction de la dissipation thermique

 

Chemin de dissipation thermique : module DSP / puce laser $ightarrow$ dissipateur thermique en aluminium intégré $ightarrow$ conduit d'air du châssis du commutateur pour un refroidissement convectif ; la capacité de dissipation thermique est entièrement assurée par le module lui-même, sans dépendre de structures supplémentaires de conduction thermique à l'intérieur du châssis du commutateur. Le standard OSFP MSA spécifie une puissance maximale de 15 W ; les modèles étendus peuvent accueillir des modules haute puissance jusqu'à 20 W ; la plage de température de fonctionnement standard est de 0–70 °C ; la version améliorée haute température prend en charge un fonctionnement à long terme à des températures comprises entre 75–80 °C.

 

2.3 Caractéristiques d'interaction mécanique

 

1.Force d'insertion et de retrait de la cage standard : force d'insertion maximale : 40 N ; force de retrait maximale : 30 N ;

2.Conception anti-insertion incorrecte de l'emplacement : la limite de hauteur de l'emplacement spécifique à l'IHS empêche l'insertion du module RHS à surface supérieure plate ;

3.Avantages opérationnels : les ailettes de dissipation thermique saillantes servent de surface de préhension, facilitant l'insertion et le retrait des commutateurs haute densité et réduisant le risque de toucher les contacts internes du port optique.

 

2.4 Avantages principaux

 

1.Dissipation thermique indépendante et seuil de déploiement faible : aucune conception thermique personnalisée du commutateur n'est nécessaire ; les unités de refroidissement universelles par air avant-arrière peuvent être directement adaptées, permettant un déploiement « prêt à l'emploi » ;

2.Redondance thermique suffisante : avec une grande surface de dissipation thermique et un commutateur entièrement équipé de 32 ports capable de maintenir un fonctionnement à pleine charge sans surchauffe ni réduction de fréquence, offrant une stabilité exceptionnelle dans les scénarios cohérents longue distance tels que les transactions financières et les applications DCI de campus ;

3.Écosystème mature et universel : toutes les gammes de produits d'Arista, Cisco et Juniper disposent d'une configuration standard de commutateurs refroidis par air ; tous les modules optiques 400G/800G SR/DR/FR/LR/ZR de ces séries sont disponibles en versions IHS.

 

2.5 Limitations

 

Les ailettes surélevées ne peuvent pas s'adapter étroitement à la plaque froide, elles sont donc totalement incompatibles avec les systèmes de refroidissement liquide ; si la conception du flux d'air du boîtier présente des défauts, l'efficacité de refroidissement des armoires haute densité diminuera considérablement.

 

 

III. Définition de base et caractéristiques structurelles de l'OSFP-RHS (radiateur de type cyclique)

 

3.1 Spécifications physiques matérielles

 

Le RHS, communément appelé OSFP à surface supérieure plate, possède une largeur et une profondeur identiques à celles de l'IHS ; sa hauteur n'est que de 9,5 mm et il ne comporte aucune ailette saillante sur le dessus — il fournit à la place une surface d'interface thermique métallique plate, ce qui le rend spécifiquement adapté au refroidissement liquide et aux scénarios NIC/DPU haute densité.

 

3.2 Logique de conduction de la dissipation thermique

 

Chemin de transfert thermique : puce du module $ightarrow$ surface supérieure métallique plate $ightarrow$ coussinet thermique conducteur de chaleur de type radiateur monté dans la cage du commutateur (dissipateur RHS), où la chaleur est dissipée par conduction solide ; dans les scénarios de refroidissement liquide, le système peut être directement fixé à une plaque froide, permettant une conduction thermique sans espace et éliminant complètement les limitations imposées par le refroidissement par air. La capacité maximale de dissipation thermique dépend de la structure d'interface thermique côté hôte ; les systèmes de plaques froides haute qualité peuvent prendre en charge de manière stable des modules cohérents ultra-haute puissance avec des niveaux de puissance dépassant 25 W, avec des résistances thermiques nettement inférieures à celles des solutions IHS refroidies par air.

 

3.3 Caractéristiques d'interaction mécanique

 

1.Force d'insertion et d'extraction de la cage spécifique RHS : force d'insertion maximale de 55 N, force d'extraction maximale de 45 N ; des forces plus élevées garantissent un ajustement étroit entre la surface supérieure et le diffuseur thermique ;

2.Fonctionnalités obligatoires anti-mauvaise installation : limiteurs de hauteur de cage, structures à enclenchement et absence d'interopérabilité avec l'IHS pour empêcher une installation incorrecte pouvant endommager la structure de dissipation thermique ;

3.Conception compacte : absence d'ailettes saillantes ; permet l'empilement interne des composants et offre une meilleure utilisation de l'espace dans l'emplacement NIC du serveur GPU.

 

3.4 Avantages principaux

 

1.Compatible avec les centres de données refroidis par liquide de nouvelle génération : sa surface supérieure plate permet une connexion directe aux plaques de refroidissement, ce qui en fait la seule solution OSFP standardisée pour le supercalcul IA et les clusters HPC refroidis par liquide ;

2.Compatible avec les cartes réseau/appareils DPU : NVIDIA ConnectX-7/8 et BlueField DPU ; seules des cages RHS sont fournies, conçues pour s'adapter aux emplacements de cartes étroits à l'intérieur du châssis serveur ;

3.Compatibilité ultra-haute densité : sans ailettes saillantes, il offre une plus grande flexibilité dans le câblage interne et les configurations d'empilement, ce qui le rend idéal pour les clusters d'entraînement IA à bande passante ultra-élevée.

 

3.5 Limitations

 

Ces systèmes reposent sur des structures personnalisées de gestion thermique ; les échangeurs thermiques standard refroidis par air ne peuvent pas être utilisés dans de telles configurations. Le module autonome ne dispose pas de capacité de refroidissement propre et, s'il est retiré de son boîtier RHS associé, il subira une surchauffe rapide et une défaillance du système ; par conséquent, le coût de déploiement et le seuil de modernisation des centres de données sont considérablement plus élevés.

 

IV. Tableau comparatif des paramètres principaux entre OSFP-IHS et RHS

 

Tableau

 

 

V. Guide de sélection de la mise en œuvre des applications par scénario

 

5.1 Scénario 1 : Centres de données cloud traditionnels refroidis par air, DCI de campus et salles de serveurs de transactions financières

 

Solution recommandée : OSFP-IHS

 

1. Caractéristiques métier : Le centre de données utilise des baies de refroidissement par ventilation standard avant-arrière ; les commutateurs sont des équipements Ethernet leaf-spine universels, déployés avec des modules cohérents 400G DR4/FR4/LR4, 800G DR8 et 400G ZR ;

2. Justification du choix : Aucune modification du refroidissement des baies n’est nécessaire ; les modules disposent d’ailettes de refroidissement intégrées, permettant une configuration complète de 32 ports avec un fonctionnement continu à pleine charge sans risque de surchauffe ; privilégie IHS pour les liaisons à faible latence dans les salles de trading financier et la connectivité inter-baies de niveau 10 km dans les environnements de campus ;

3. Cas réel : Une institution financière a mis à niveau ses liaisons cohérentes 400G ; un module unique d’un commutateur 32 ports ne consomme que 18 W, utilise la solution IHS pour garantir l’absence de défaillances liées à la surchauffe pendant toute l’année et évite efficacement les goulets d’étranglement thermiques associés aux modules QSFP-DD.

 

5.2 Scénario 2 : Cluster d’entraînement de grands modèles IA, calcul haute performance (HPC) refroidi par liquide et mise en réseau GPU à grande échelle

 

Solution recommandée : OSFP-RHS

 

1. Caractéristiques du système : Le centre de données est équipé d’un système de refroidissement liquide par plaques froides, utilise des commutateurs NVIDIA Quantum-3 refroidis par liquide, dispose d’une interconnexion haute densité entre les serveurs GPU et comprend de nombreux modules cohérents 800G DR8 et 800G longue distance fonctionnant à pleine capacité ;

2. Justification du choix : La conception plate RHS s’interface directement avec la plaque de refroidissement, atteignant une efficacité de transfert thermique largement supérieure aux solutions de refroidissement par air ; elle peut prendre en charge de manière stable des modules haute puissance avec une consommation dépassant 25 W ; elle ne comporte pas d’ailettes saillantes, garantissant l’absence d’interférence lors du câblage ou de l’empilement dans les baies GPU haute densité ;

3. Paysage industriel actuel : Tous les nouveaux clusters d’entraînement construits par les principaux fabricants d’IA adoptent la solution de refroidissement liquide RHS ; chaque cluster comprend plus de 10 000 modules 800G OSFP-RHS, garantissant des températures de fonctionnement stables à pleine charge sur le long terme et éliminant tout problème de limitation thermique.

 

5.3 Scénario 3 : Cartes réseau serveur, cartes réseau intelligentes basées sur DPU et nœuds de calcul haute performance en périphérie

 

Solution recommandée : OSFP-RHS

 

Les emplacements de cage matérielle pour les modèles DPU NVIDIA ConnectX-7/8 et de la série BlueField prennent uniquement en charge les modules RHS à dessus plat ; l'espace de l'emplacement PCIe à l'intérieur du serveur est très limité, et les ailettes saillantes de l'IHS peuvent interférer avec le capot du châssis ou le refroidisseur GPU ; ainsi, la configuration RHS à dessus plat s'adapte parfaitement à l'espace interne confiné du serveur.

 

5.4 Scénario 4 : liaison haut débit de nouvelle génération 1.6T OSFP/OSFP-XD

 

1.Modèle standard OSFP1600 : conserve le facteur de forme IHS et est compatible avec les refroidisseurs existants refroidis par air, ce qui le rend idéal pour une mise à niveau fluide des centres de données existants ;

2.Modèle haute densité OSFP-XD : adopte une conception RHS à dessus plat spécialement adaptée aux clusters d'IA refroidis par liquide ; il offre 16 canaux et une bande passante ultra-élevée de 1.6T, en utilisant une plaque froide pour gérer des charges thermiques extrêmement élevées.

 

VI. Considérations clés pour le déploiement et la sélection

 

1.Les différentes positions de cage ne doivent pas être utilisées de manière interchangeable : les structures mécaniques de l'IHS et du RHS sont complètement isolées par leurs clips de limitation ; une insertion ou un retrait forcé peut endommager le module ou la cage du commutateur. Avant l'achat, il faut vérifier si le modèle matériel du commutateur prend en charge cette configuration ;

2.Solution de gestion thermique adaptée à la consommation électrique : pour les modules optiques courte distance à faible ou moyenne consommation (SR8/DR8) avec une consommation électrique ≤18W, le refroidissement par air via IHS est totalement suffisant ; pour les modules cohérents ZR longue distance avec une consommation électrique >20W, le RHS est recommandé pour les scénarios de refroidissement liquide ;

3.Décision prioritaire pour les architectures de refroidissement des centres de données : pour les nouveaux centres de données refroidis par air, sélectionner directement IHS ; pour les projets impliquant une conversion au refroidissement liquide ou de nouveaux clusters d'IA, adopter uniformément RHS ;

4.Gestion générale CMIS : les deux types de modules prennent en charge la surveillance diagnostique numérique CMIS 5.0 ou ultérieure ; leurs fonctionnalités de température, de puissance optique et de gestion dynamique de l'alimentation sont entièrement identiques, éliminant la nécessité de toute modification secondaire du système de gestion réseau.

 

VII. Résumé

 

Les OSFP-IHS et RHS ne relèvent pas d'une question de supériorité ou d'infériorité en matière de performances ; ils représentent plutôt des conceptions différenciées adaptées à deux systèmes de refroidissement de centres de données totalement différents :

 

1.OSFP-IHS représente une solution universelle standardisée pour l'ère du refroidissement par air, avec des capacités de refroidissement indépendantes intégrées, un écosystème mature et un déploiement simple ; il convient aux centres de données cloud traditionnels, aux interconnexions de campus et aux services financiers critiques.

2.OSFP-RHS est une solution haute performance de nouvelle génération pour le supercalcul IA refroidi par liquide, qui exploite la conduction thermique côté hôte pour dépasser les limites de consommation électrique, la rendant compatible avec les grands clusters GPU, les cartes réseau DPU et les futures liaisons ultra-haute bande passante 1.6T.

Pendant le cycle industriel caractérisé par l'adoption généralisée du 800G et la commercialisation progressive du 1.6T, les architectes réseau doivent intégrer les architectures de refroidissement des centres de données, la consommation électrique des services et les spécifications des emplacements de rack des plateformes matérielles afin d'adapter les solutions de gestion thermique OSFP correspondantes, réduisant ainsi à la source les risques majeurs tels que la surchauffe, la réduction de fréquence et les arrêts système des modules optiques haut débit.

 

Foire aux questions (FAQ)

 

FAQ1 : Les modules optiques OSFP-IHS et RHS peuvent-ils être mélangés et utilisés sur le même commutateur ?

 

L'interchangeabilité n'est pas autorisée. Les deux modules sont équipés de limiteurs de hauteur et de mécanismes dédiés d'enclenchement anti-erreur, garantissant une exclusion physique mutuelle entre leurs structures mécaniques : le module IHS a une hauteur de 13 mm, tandis que le module RHS n'a qu'une hauteur de 9,5 mm ; par conséquent, le module IHS ne peut pas être inséré dans la cage RHS, et le module RHS ne peut pas être inséré dans la cage spécifique IHS. Une insertion ou un retrait forcé peut rayer la structure de dissipation thermique ou endommager à la fois la cage du commutateur et le boîtier du module. Il est obligatoire de vérifier la configuration prise en charge par la cage du commutateur avant l'achat et l'installation.

 

FAQ 2 : Le module RHS à dessus plat peut-il fonctionner normalement lorsqu'il est connecté à un échangeur thermique standard refroidi par air ?

 

Le système ne peut pas fonctionner de manière stable et est fortement sujet à la surchauffe et aux plantages du système. Le RHS ne possède pas d'ailettes de refroidissement intégrées et dépend entièrement du tampon thermique de montage de l'adaptateur de refroidissement et du bloc de refroidissement liquide pour dissiper la chaleur ; en revanche, les commutateurs standard refroidis par air ne disposent pas d'un bloc d'interface thermique correspondant, ce qui signifie que la surface supérieure du module ne peut pas dissiper efficacement la chaleur. À pleine charge pendant seulement quelques minutes, la température de la puce peut dépasser le seuil, entraînant une réduction de la fréquence d'horloge, une interruption de l'alimentation ou même une destruction permanente de la puce.

 

FAQ3 : Dans quels scénarios dois-je choisir IHS et dans quels scénarios dois-je obligatoirement utiliser RHS ?

 

Choisir IHS : idéal pour les systèmes traditionnels de refroidissement des centres de données avec ventilation avant-arrière, l'interconnexion DCI de campus, les centres de données de transactions financières et la mise à niveau fluide des infrastructures de commutateurs existantes vers des liaisons 1.6T ; les modules disposent d'un refroidissement convectif intégré par ailettes, ne nécessitant aucune modernisation du centre de données, sont compatibles avec des modules optiques consommant jusqu'à 20W et offrent une solution mature compatible avec l'écosystème.

Doit inclure : RHS – clusters d'entraînement IA refroidis par liquide, systèmes de supercalcul HPC, cartes réseau NIC de la série NVIDIA ConnectX/cartes réseau DPU BlueField, 800G ZR et autres modules cohérents haute puissance ; conception à dessus plat compatible avec les plaques de refroidissement, offrant une utilisation compacte de l'espace sans interférence physique et capable de prendre en charge jusqu'à 30W de charge thermique élevée.

 

FAQ 4 : Comment choisir entre le boîtier fermé IHS et la version à ailettes ouvertes ?

 

·Ailettes de type ouvert (IHS) : offrent une plus grande surface de dissipation thermique et une efficacité de transfert thermique supérieure, ce qui les rend adaptées aux centres de données standards propres et aux commutateurs haute densité à 32 ports fonctionnant à pleine charge ;

·Boîtier fermé IHS : le boîtier de protection intégré aux ailettes offre une meilleure protection contre la poussière ; il est particulièrement recommandé pour les salles informatiques industrielles très poussiéreuses ou les salles informatiques périphériques extérieures ; les deux modèles ont des spécifications électriques, des positions de cage et des limites de consommation maximale identiques, seule la structure externe de dissipation thermique et de protection étant différente.

 

FAQ 5 : Les fonctions de gestion réseau et de surveillance des modules optiques IHS et RHS sont-elles interchangeables ?

 

Entièrement compatibles : les deux modules OSFP avec différentes configurations de dissipation thermique sont compatibles avec les normes CMIS 5.0 et ultérieures ; leurs capacités de diagnostic numérique restent identiques, permettant la lecture normale de paramètres tels que la température du module, la puissance optique, la tension et la consommation électrique en temps réel ; les systèmes de gestion réseau existants peuvent donc gérer ces modules de manière uniforme sans nécessiter de développement ou de modification secondaire.