I. Prólogo

 

Con la adopción comercial a gran escala de las tecnologías 400G y 800G y el despliegue gradual de las soluciones 1.6T OSFP/OSFP-XD, el consumo energético de los módulos ópticos de alta velocidad ha aumentado significativamente: el consumo de los módulos 800G DR8 puede alcanzar 15–18 W; el consumo de los módulos coherentes 400G/800G ZR supera los 25 W; y la carga térmica total de los módulos ópticos instalados en un conmutador de 32 puertos completamente configurado se aproxima a 800 W, lo que convierte la gestión térmica en el principal cuello de botella para la implementación de soluciones de encapsulado OSFP.

 

La Alianza OSFP MSA ha definido dos arquitecturas de refrigeración estandarizadas para los dos paradigmas principales de refrigeración de centros de datos—refrigeración por aire y refrigeración líquida: OSFP-IHS (disipador térmico integrado) y OSFP-RHS (disipador térmico montado en rack). Aunque estas dos configuraciones son totalmente compatibles en cuanto a rutas eléctricas, gestión CMIS y velocidades de transmisión, sus estructuras mecánicas, rutas de disipación térmica y escenarios aplicables son completamente diferentes; por lo tanto, las posiciones de las jaulas no pueden intercambiarse ni utilizarse indistintamente. Basándose en la especificación OSFP MSA 5.22, este artículo analiza sistemáticamente las diferencias entre las dos arquitecturas de módulos y sus respectivos límites de rendimiento térmico, y proporciona una guía de selección e implementación para clústeres de IA, centros de datos en la nube y entornos HPC (computación de alto rendimiento).

 

2、OSFP-IHS (Radiador integrado): definición básica y características estructurales

 

 

2.1 Especificaciones físicas del hardware

 

El IHS es la forma nativa del estándar OSFP, con dimensiones de 22.58 mm (ancho) × 107.8 mm (profundidad) × 13.0 mm (altura); el cuerpo del módulo cuenta con aletas integradas de disipación térmica de aluminio fundido a presión, disponibles en dos variantes secundarias: configuración de aletas abiertas y configuración de carcasa cerrada.

1.Diseño de aletas abiertas: las aletas de disipación térmica expuestas en la superficie superior intercambian calor directamente con el flujo de aire de adelante hacia atrás a través del chasis, aumentando el área de disipación térmica en un 30% en comparación con los módulos de superficie plana;

2.Carcasa cerrada: el diseño con aletas incorpora una carcasa protectora integrada que combina protección contra el polvo con disipación térmica básica, lo que lo hace adecuado para salas de servidores con entornos de mucho polvo.

 

2.2 Lógica de conducción de disipación térmica

 

Ruta de disipación térmica: módulo DSP / chip láser $ightarrow$ disipador térmico de aluminio integrado $ightarrow$ conducto de aire del chasis del conmutador para refrigeración por convección; la capacidad de disipación térmica es asumida completamente por el propio módulo, sin depender de estructuras adicionales de conducción térmica dentro del chasis del conmutador. El estándar OSFP MSA especifica una potencia máxima de 15 W; los modelos ampliados pueden admitir módulos de alta potencia de hasta 20 W; el rango de temperatura de funcionamiento estándar es de 0–70 °C; la versión mejorada para altas temperaturas admite funcionamiento prolongado a temperaturas entre 75–80 °C.

 

2.3 Características de interacción mecánica

 

1.Fuerza estándar de inserción y extracción de la ranura de la jaula: fuerza máxima de inserción: 40 N; fuerza máxima de extracción: 30 N;

2.Diseño de la ranura contra inserción incorrecta: el límite de altura de la ranura específico del IHS evita la inserción del módulo RHS de superficie plana;

3.Ventajas operativas: las aletas de disipación térmica sobresalientes sirven como superficie de agarre, facilitando la inserción y extracción en conmutadores de alta densidad y reduciendo el riesgo de tocar los contactos internos del puerto óptico.

 

2.4 Ventajas principales

 

1.Disipación térmica independiente y bajo umbral de implementación: no requiere diseño térmico personalizado del conmutador; las unidades universales de refrigeración por aire frontal y posterior pueden adaptarse directamente, permitiendo una implementación "lista para usar";

2.Redundancia térmica suficiente: cuenta con una gran superficie de disipación térmica y un conmutador de 32 puertos completamente equipado que mantiene el funcionamiento a plena carga sin sobrecalentamiento ni reducción de frecuencia, ofreciendo una estabilidad excepcional en escenarios coherentes de larga distancia como transacciones financieras y aplicaciones DCI de campus;

3.Ecosistema maduro y universal: todas las líneas de productos de Arista, Cisco y Juniper cuentan con una configuración estándar de conmutadores refrigerados por aire; todos los módulos ópticos 400G/800G SR/DR/FR/LR/ZR de estas series están disponibles con versiones IHS.

 

2.5 Limitaciones

 

Las aletas elevadas no pueden ajustarse firmemente contra la placa fría, por lo que son completamente incompatibles con los sistemas de refrigeración líquida; si el diseño del flujo de aire de la carcasa presenta deficiencias, la eficiencia de refrigeración de los gabinetes de alta densidad disminuirá significativamente.

 

 

III. Definición básica y características estructurales de OSFP-RHS (Radiador de tipo cíclico)

 

3.1 Especificaciones físicas del hardware

 

El RHS, conocido comúnmente como OSFP de superficie plana, tiene el mismo ancho y profundidad que el IHS; su altura es de solo 9.5 mm y no cuenta con aletas sobresalientes en la parte superior; en su lugar, proporciona una superficie plana de interfaz térmica metálica, lo que lo hace específicamente adecuado para refrigeración líquida y escenarios de NIC/DPU de alta densidad.

 

3.2 Lógica de conducción de disipación térmica

 

Ruta de transferencia térmica: chip del módulo $ightarrow$ superficie superior metálica plana $ightarrow$ almohadilla térmica conductora de calor tipo montada en la jaula del conmutador (disipador RHS), donde el calor se disipa mediante conducción sólida; en escenarios de refrigeración líquida, el sistema puede unirse directamente a una placa fría, permitiendo una conducción térmica sin espacios y eliminando por completo las limitaciones impuestas por la refrigeración basada en aire. La capacidad máxima de disipación térmica depende de la estructura de interfaz térmica del lado del equipo anfitrión; los sistemas de placas frías de alta calidad pueden admitir de forma estable módulos coherentes de potencia ultraalta con niveles superiores a 25 W, con resistencias térmicas significativamente inferiores a las de las soluciones IHS refrigeradas por aire.

 

3.3 Características de interacción mecánica

 

1.Fuerza de inserción y extracción de la jaula específica RHS: fuerza máxima de inserción de 55 N, fuerza máxima de extracción de 45 N; las fuerzas superiores garantizan un ajuste firme entre la superficie superior y el disipador térmico;

2.Características obligatorias contra instalación incorrecta: limitadores de altura de la jaula, estructuras de encaje a presión y falta de interoperabilidad con IHS para evitar instalaciones inadecuadas que puedan dañar la estructura de disipación térmica;

3.Diseño compacto: sin aletas sobresalientes; permite la colocación interna apilada de componentes y logra un mayor aprovechamiento del espacio en la ranura NIC del servidor GPU.

 

3.4 Ventajas principales

 

1.Compatible con centros de datos de próxima generación refrigerados por líquido: su superficie superior plana permite la conexión directa con placas de refrigeración, convirtiéndolo en la única solución OSFP estandarizada para supercomputación de IA y clústeres HPC refrigerados por líquido;

2.Compatible con tarjetas de red/dispositivos DPU: NVIDIA ConnectX-7/8 y BlueField DPU; solo se proporcionan ranuras de jaula RHS, diseñadas para adaptarse a las estrechas ranuras de tarjetas dentro del chasis del servidor;

3.Compatibilidad con ultraalta densidad: al no contar con aletas sobresalientes, ofrece mayor flexibilidad en el cableado interno y las configuraciones de apilamiento, siendo ideal para clústeres de entrenamiento de IA de ancho de banda ultraalto.

 

3.5 Limitaciones

 

Estos sistemas dependen de estructuras personalizadas de gestión térmica; los intercambiadores de calor estándar refrigerados por aire no pueden utilizarse en estas configuraciones. El módulo independiente carece de capacidad de autorrefrigeración y, si se retira de su carcasa RHS correspondiente, experimentará un sobrecalentamiento rápido y fallos del sistema; por consiguiente, el coste de implementación y el umbral para la modernización de centros de datos son significativamente mayores.

 

IV. Tabla comparativa de parámetros principales entre OSFP-IHS y RHS

 

Tabla

 

 

V. Guía de selección de implementación de aplicaciones basada en escenarios

 

5.1 Escenario 1: Centros de datos en la nube tradicionales refrigerados por aire, DCI de campus y salas de servidores de transacciones financieras

 

Solución recomendada: OSFP-IHS

 

1. Características del negocio: El centro de datos emplea racks estándar de refrigeración por ventilación frontal y trasera; los conmutadores son equipos Ethernet leaf-spine universales, implementados con módulos coherentes 400G DR4/FR4/LR4, 800G DR8 y 400G ZR;

2. Justificación de la selección: No se requieren modificaciones de refrigeración del armario; los módulos cuentan con aletas de refrigeración integradas, permitiendo una configuración completa de 32 puertos con funcionamiento continuo a plena carga sin riesgos de sobrecalentamiento; prioriza IHS para enlaces de baja latencia en salas de negociación financiera y conectividad entre armarios a nivel de 10 km dentro de entornos de campus;

3. Caso real: Una institución financiera actualizó sus enlaces coherentes 400G; un solo módulo de un conmutador de 32 puertos consume solo 18 W de energía, emplea la solución IHS para garantizar cero fallos por sobrecalentamiento durante todo el año y evita eficazmente los cuellos de botella térmicos asociados con los módulos QSFP-DD.

 

5.2 Escenario 2: Clúster de entrenamiento de grandes modelos de IA, computación de alto rendimiento (HPC) refrigerada por líquido y redes GPU a gran escala

 

Solución recomendada: OSFP-RHS

 

1. Características del sistema: El centro de datos está equipado con un sistema de refrigeración líquida mediante placas frías, utiliza conmutadores NVIDIA Quantum-3 refrigerados por líquido, cuenta con interconexión de alta densidad entre servidores GPU y tiene numerosos módulos coherentes 800G DR8 y 800G de larga distancia funcionando a plena capacidad;

2. Justificación de la selección: El diseño de superficie plana RHS se conecta directamente con la placa de refrigeración, logrando una eficiencia de transferencia térmica muy superior a las soluciones de refrigeración por aire; puede admitir de forma estable módulos de alta potencia con un consumo superior a 25 W; no tiene aletas sobresalientes, lo que garantiza que no haya interferencias durante el cableado o apilamiento en armarios GPU de alta densidad;

3. Panorama actual de la industria: Todos los nuevos clústeres de entrenamiento construidos por fabricantes líderes de IA adoptan la solución de refrigeración líquida RHS; cada clúster consta de más de 10.000 módulos 800G OSFP-RHS, garantizando temperaturas de funcionamiento estables durante largos periodos a plena carga y eliminando problemas de reducción de rendimiento térmico.

 

5.3 Escenario 3: NIC de servidores, NIC inteligentes basadas en DPU y nodos de computación de alto rendimiento en el borde

 

Solución recomendada: OSFP-RHS

 

Las ranuras de la jaula de hardware para los modelos DPU de las series NVIDIA ConnectX-7/8 y BlueField solo admiten módulos RHS de superficie plana; el espacio de la ranura PCIe dentro del servidor es bastante limitado, donde las aletas salientes del IHS pueden interferir con la cubierta del chasis o el refrigerador de la GPU; por lo tanto, la configuración RHS de superficie plana se adapta perfectamente al espacio interno restringido del servidor.

 

5.4 Escenario 4: enlace de alta velocidad de próxima generación OSFP/OSFP-XD de 1.6T

 

1.Modelo estándar OSFP1600: conserva el factor de forma IHS y es compatible con enfriadores existentes refrigerados por aire, lo que lo hace ideal para una actualización fluida de los centros de datos existentes;

2.Modelo de alta densidad OSFP-XD: cuenta con un diseño RHS de superficie plana adaptado específicamente para clústeres de IA refrigerados por líquido; ofrece 16 canales y un ancho de banda ultraalto de 1.6T, utilizando una placa fría para manejar cargas térmicas extremadamente elevadas.

 

VI. Consideraciones clave para la implementación y selección

 

1.Las posiciones de las jaulas no deben utilizarse indistintamente: las estructuras mecánicas de IHS y RHS están completamente aisladas mediante sus clips de limitación; insertarlas o retirarlas por la fuerza puede dañar el módulo o la jaula del conmutador. Antes de la adquisición, debe verificarse si el modelo de hardware del conmutador admite esta configuración;

2.Solución de gestión térmica adaptada al consumo energético: para módulos ópticos de corto alcance y consumo bajo a medio (SR8/DR8) con un consumo de ≤18W, la refrigeración por aire mediante IHS es totalmente suficiente; para módulos coherentes ZR de larga distancia con un consumo de >20W, se recomienda RHS para escenarios de refrigeración líquida;

3.Decisión prioritaria para arquitecturas de refrigeración de centros de datos: para centros de datos refrigerados por aire de nueva construcción, seleccione IHS directamente; para proyectos que impliquen adaptación a refrigeración líquida o nuevos clústeres de IA, adopte RHS de manera uniforme;

4.Gestión general de CMIS: ambos tipos de módulos admiten monitoreo de diagnóstico digital CMIS 5.0 o posterior; sus funciones de temperatura, potencia óptica y gestión dinámica de energía son completamente idénticas, eliminando la necesidad de modificaciones secundarias en el sistema de gestión de red.

 

VII. Resumen

 

OSFP-IHS y RHS no son una cuestión de superioridad o inferioridad de rendimiento; más bien, representan diseños diferenciados adaptados para dos sistemas de refrigeración de centros de datos completamente distintos:

 

1.OSFP-IHS representa una solución universal estandarizada para la era de la refrigeración por aire, con capacidades independientes de refrigeración integradas, un ecosistema maduro y una implementación sencilla; es adecuado para centros de datos tradicionales en la nube, interconexión de campus y servicios financieros de misión crítica.

2.OSFP-RHS es una solución de alto rendimiento de próxima generación para supercomputación de IA refrigerada por líquido que utiliza conducción térmica basada en el anfitrión para superar los límites de consumo energético, siendo compatible con clústeres de GPU a gran escala, tarjetas de red DPU y futuros enlaces de ancho de banda ultraalto de 1.6T.

Durante el ciclo de la industria caracterizado por la adopción generalizada de 800G y la comercialización gradual de 1.6T, los arquitectos de red deben integrar las arquitecturas de refrigeración de los centros de datos, el consumo energético de los servicios y las especificaciones de las ranuras de bastidor de las plataformas de hardware para adaptar las soluciones de gestión térmica OSFP correspondientes, mitigando así desde su origen riesgos principales como sobrecalentamiento, reducción de frecuencia e interrupción del sistema de los módulos ópticos de alta velocidad.

 

Preguntas frecuentes (FAQ)

 

FAQ1: ¿Se pueden mezclar y utilizar módulos ópticos OSFP-IHS y RHS en el mismo conmutador?

 

No se permite la intercambiabilidad. Ambos módulos están equipados con limitadores de altura y mecanismos exclusivos de encaje a presión contra errores, garantizando la exclusión física mutua entre sus estructuras mecánicas: el módulo IHS tiene una altura de 13 mm, mientras que el módulo RHS solo tiene 9.5 mm; por lo tanto, el módulo IHS no puede insertarse en la jaula RHS, ni el módulo RHS puede insertarse en la jaula específica para IHS. Forzar la inserción o extracción puede rayar la estructura de disipación térmica o dañar tanto la jaula del conmutador como la carcasa del módulo. Es obligatorio verificar la configuración admitida por la jaula del conmutador antes de la adquisición e instalación.

 

FAQ 2: ¿Puede el módulo RHS de superficie plana funcionar normalmente cuando se conecta a un intercambiador de calor refrigerado por aire estándar?

 

El sistema no puede funcionar de forma estable y es altamente propenso al sobrecalentamiento y a fallos del sistema. RHS carece de aletas de refrigeración integradas y depende completamente de la almohadilla térmica de montaje del adaptador de refrigeración y del bloque de refrigeración líquida para disipar el calor; en cambio, los conmutadores estándar refrigerados por aire no cuentan con un bloque de interfaz térmica correspondiente, lo que significa que la superficie superior del módulo no puede disipar el calor eficazmente. Bajo carga completa durante solo unos minutos, la temperatura del chip puede superar el umbral, activando la reducción de la velocidad de reloj, la interrupción de energía o incluso el quemado permanente del chip.

 

FAQ3: ¿En qué escenarios debo elegir IHS y en cuáles debo utilizar RHS?

 

Elegir IHS: ideal para sistemas tradicionales de refrigeración de centros de datos con ventilación frontal y posterior, interconexión DCI de campus, centros de datos de transacciones financieras y actualización fluida de infraestructuras de conmutadores existentes a enlaces de 1.6T; los módulos cuentan con refrigeración convectiva mediante aletas integrada, eliminan la necesidad de adaptar el centro de datos, son compatibles con módulos ópticos con un consumo de hasta 20W y ofrecen una solución madura compatible con el ecosistema.

Debe incluir: RHS – clústeres de entrenamiento de IA refrigerados por líquido, sistemas de supercomputación HPC, tarjetas NIC de la serie NVIDIA ConnectX/tarjetas de red DPU BlueField, 800G ZR y otros módulos coherentes de alta potencia; diseño de superficie plana compatible con placas de refrigeración, ofreciendo un uso compacto del espacio sin interferencia física y capacidad para admitir hasta 30W de carga térmica elevada.

 

FAQ 4: ¿Cómo elijo entre la carcasa cerrada IHS y la versión de aletas abiertas?

 

·Aletas de tipo abierto (IHS): ofrecen un área de disipación térmica mayor y una eficiencia de transferencia de calor superior, por lo que son adecuadas para centros de datos estándar limpios y conmutadores de alta densidad de 32 puertos funcionando a plena carga;

·Carcasa cerrada IHS: la carcasa protectora integrada con aletas ofrece un rendimiento superior contra el polvo; se recomienda especialmente para salas de máquinas industriales con altos niveles de polvo o salas de máquinas periféricas exteriores; ambos modelos tienen especificaciones eléctricas, posiciones de jaula y límites máximos de consumo idénticos, diferenciándose únicamente en la estructura externa de disipación térmica y protección.

 

FAQ 5: ¿Son intercambiables las funciones de gestión y monitoreo de red de los módulos ópticos IHS y RHS?

 

Totalmente compatibles: ambos módulos OSFP con diferentes configuraciones de disipación térmica son compatibles con los estándares CMIS 5.0 y posteriores; sus capacidades de diagnóstico digital permanecen idénticas, permitiendo la lectura normal de parámetros como temperatura del módulo, potencia óptica, voltaje y consumo energético en tiempo real; por lo tanto, los sistemas de gestión de red existentes pueden administrar estos módulos de manera uniforme sin requerir desarrollo secundario ni modificaciones.