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隨著數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用程序的增加，大型數(shù)據(jù)中心的工作負(fù)荷越來(lái)越重。數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)流量顯著增加，促使架構(gòu)師找到新的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速度和吞吐量。

芯片采購(gòu)網(wǎng)專注于整合國(guó)內(nèi)外授權(quán)IC代理商現(xiàn)貨資源，芯片庫(kù)存實(shí)時(shí)查詢，行業(yè)價(jià)格合理，采購(gòu)方便IC芯片，國(guó)內(nèi)專業(yè)芯片采購(gòu)平臺(tái)。

目前， 最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)適配器(NIC) 達(dá)到每端口200 G 速度。然而，為了滿足數(shù)據(jù)中心日益增長(zhǎng)的需求，該行業(yè)正在使用400 G NIC 但前提是相關(guān)的支持技術(shù)需要同時(shí)進(jìn)步，這并不容易。Molex(莫仕)深入探討了這一變化帶來(lái)的散熱挑戰(zhàn)，以及我們合作工作組解決這些問(wèn)題的獨(dú)特方法。

400G運(yùn)行散熱挑戰(zhàn)

下一代數(shù)據(jù)中心將過(guò)渡到400G 因此，網(wǎng)絡(luò)適配器面臨著各種散熱問(wèn)題。

我們面臨的第一個(gè)挑戰(zhàn)是，更高的數(shù)據(jù)速率會(huì)消耗更多的功率。通過(guò)廣泛的研究、測(cè)試和模擬，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)速率和熱產(chǎn)生之間的關(guān)系大致是線性的，其中數(shù)據(jù)速率的兩倍將使系統(tǒng)的熱量增加兩倍以上。結(jié)論是什么？也就是說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)適配器的速度是200 G 轉(zhuǎn)變成400 G之后，系統(tǒng)的熱量大幅增加。

第二個(gè)挑戰(zhàn)是需要支持400 G NIC 基礎(chǔ)設(shè)施。直接源電纜直接連接(DAC) 的200 G NIC 不同，有時(shí)400 G NIC大功率有源光纜可能需要使用(AOC)支持高數(shù)據(jù)速率。這些大功率AOC 功耗可高達(dá)8W，將自身熱量導(dǎo)入系統(tǒng)，再加上高速運(yùn)輸數(shù)據(jù)，使溫度不斷升高。

質(zhì)疑基礎(chǔ)設(shè)施

這些迫在眉睫的散熱挑戰(zhàn)，讓我們對(duì)當(dāng)下感興趣NIC 懷疑環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施中某些部件的可行性。我們懷疑英偉達(dá)(NVIDIA) 和Meta 兩家公司合作，深入研究這個(gè)問(wèn)題。

一項(xiàng)研究的重點(diǎn)是外觀尺寸。具體來(lái)說(shuō)，我們研究了它的使用OCP NIC 3.0 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)小型光纖連接頭(small form factor，SFF) 產(chǎn)品的可行性取決于它是否與之前提出的產(chǎn)品相匹配TSFF(tall SFF)。眾所周知，TSFF 它可以提供更多的空間，從而實(shí)現(xiàn)更好的空間I/O 散熱解決方案。在理想情況下，系統(tǒng)架構(gòu)師可以在可能的情況下繼續(xù)使用SFF。真正的問(wèn)題是，SFF 是否能為400 G NIC 提供可行的解決方案？還是我們需要轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)？TSFF 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是什么？很難直接回答這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)閹讉�(gè)變量可能會(huì)影響結(jié)論。因此，我們的研究考慮了許多可能對(duì)散熱性能產(chǎn)生重大影響的因素，包括以下幾個(gè)方面。

● 外形尺寸：TSFF 對(duì)比SFF。

● NIC ASIC 功率限制( 僅限使用DAC 電纜)。

● 模塊類(lèi)型：QSFP-DD Type 1 對(duì)比Type 2 A。

● 監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)：底盤(pán)后部上方的平均溫度和散熱器

底座溫度和前端溫度。

● 測(cè)試裝置類(lèi)型︰有/ 沒(méi)有測(cè)試裝置。

● 冷信道比較熱信道。

設(shè)置和假設(shè)模擬試驗(yàn)

每個(gè)攝氏度溫度的變化都會(huì)影響結(jié)論。由于可行性，有必要確保模擬試驗(yàn)反映了現(xiàn)實(shí)和合理的使用。

對(duì)此，我們的模擬試驗(yàn)同時(shí)使用TSFF 和SFF 兩種形狀尺寸OCP NIC 3.0 網(wǎng)絡(luò)適配器建立模型。英偉達(dá)慷慨地為研究提供了模擬試驗(yàn)ASIC 散熱模型的原型設(shè)計(jì)ConnectX-6 DX。假設(shè)功率上限為23，以進(jìn)行模擬試驗(yàn) W，并根據(jù)配備標(biāo)準(zhǔn)鋁散熱器的裝置建立模型。

對(duì)于QSFP-DD 正常功耗為10的類(lèi)型模塊.2 W 多信道散熱模型。ASIC 原型設(shè)計(jì)相似，我們選擇QSFP-DD 該模型配備了標(biāo)準(zhǔn)的鋁散熱器，以最大化覆蓋的加熱表面積，但不使用任何先進(jìn)的冷卻技術(shù)或材料，以了解上述變量之間的相對(duì)影響。

對(duì)于模擬試驗(yàn)的環(huán)境，我們同時(shí)測(cè)試了熱信道和冷信道。熱信道的環(huán)境溫度為55°C，氣流速度范圍為200 至1 000 LFM( 每分鐘線性英尺)，氣流方向從后到前。所有這些都是一致的OCP 3.0 技術(shù)規(guī)范。另一種不同的環(huán)境是冷信道，環(huán)境溫度為35°C，氣流速度范圍為200 到600 LFM，從前到后的氣流方向。，我們的模擬實(shí)驗(yàn)使用英偉達(dá)OCP NIC 3.0 標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試裝置包括安裝在測(cè)試箱中的兩個(gè)相同的網(wǎng)絡(luò)適配器。

圖1 模擬測(cè)試中使用的測(cè)試裝置和模型設(shè)置

研究結(jié)果：外觀尺寸的影響

通過(guò)模擬試驗(yàn)結(jié)果，我們了解了幾個(gè)邊界條件和變量如何對(duì)散熱性能產(chǎn)生非零影響( 即超過(guò)幾攝氏度)。

在調(diào)查中，第一個(gè)值得注意的結(jié)果是外觀尺寸正確QSFP-DD 模型的散熱性能有重要影響，我們發(fā)現(xiàn)TSFF 散熱性能明顯優(yōu)于SFF，特別是當(dāng)氣流速度較低時(shí)。在這種情況下，散熱性能提高了多達(dá)6 C ° 。盡管結(jié)果并不令人驚訝，但6°C 改進(jìn)真的很突出。

同樣，我們的研究結(jié)果表明，它被用于熱信道應(yīng)用TSFF 尺寸時(shí)，ASIC 原型設(shè)計(jì)的散熱性能提高了10°C還有，關(guān)于NIC ASIC原型設(shè)計(jì)的功率限制參數(shù)( 無(wú)源DAC 在熱信道條件下使用)SFF相比，采用TSFF 模塊功率限制增加約2.5 W。

圖2 我們?cè)谀�擬試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)TSFF散熱性能明顯優(yōu)于SFF

調(diào)研結(jié)果︰其必須考慮其它變量

除了外觀尺寸，我們的研究還深入了解模塊類(lèi)型和監(jiān)測(cè)位置對(duì)散熱結(jié)果的影響。在比較兩個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)模塊時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)QSFP-DD Type Ecliptek代理2 A 模塊具有優(yōu)異的散熱性能，提高了約4個(gè) C ° 。性能改進(jìn)的主要原因是Type 2A 模塊本身的前端有一個(gè)外部集成散熱器。同樣，結(jié)果也不令人驚訝，但非常突出。

最后，我們發(fā)現(xiàn)不同的監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)( 也就是模塊上的探測(cè)點(diǎn)) 兩者之間存在溫度偏差。例如，模擬試驗(yàn)表明，散熱器底座的監(jiān)測(cè)溫度低于前端的監(jiān)測(cè)溫度 C ° 。，在量化NIC 監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)顯然是模塊熱性能時(shí)不可忽視的因素。

圖3 監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)對(duì)散熱結(jié)果有重大影響

調(diào)研結(jié)論

我們的研究深入了解了幾個(gè)特定變量和邊界條件對(duì)散熱性能的影響，但結(jié)果并不是主要結(jié)論。更重要的是，該研究表明，該行業(yè)迫切需要就這些變量和邊界條件達(dá)成共識(shí)。

試驗(yàn)結(jié)果以模塊類(lèi)型和監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)等變量為例， 模塊類(lèi)型會(huì)對(duì)散熱性能產(chǎn)生重大影響( ? 4°C )，這個(gè)發(fā)現(xiàn)帶來(lái)了一個(gè)問(wèn)題:除了排除SFF 尺寸在400G NIC 除了可用性，能否保留？SFF 尺寸但改用Type 2 A QSFP-DD 模塊呢？到目前為止，該行業(yè)還沒(méi)有達(dá)成共識(shí)。如要對(duì)SFF 要得出真正的結(jié)論，首先要定義并在行業(yè)內(nèi)達(dá)成共識(shí)。

同樣，該行業(yè)也沒(méi)有就監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)達(dá)成協(xié)議。研究表明，監(jiān)測(cè)散熱性能的位置點(diǎn)會(huì)對(duì)模擬試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生重大影響，差距甚至高達(dá)5 C ° 。如果我們不能就監(jiān)測(cè)位置點(diǎn)達(dá)成共識(shí)，那么所有研究數(shù)據(jù)之間就會(huì)缺乏一致性，這將導(dǎo)致無(wú)法真正比較測(cè)試結(jié)果。這里再次強(qiáng)調(diào)，OCP 整個(gè)行業(yè)向4000邁進(jìn)G NIC 要發(fā)展，首先要達(dá)成共識(shí)。

呼吁采取行動(dòng)

如何達(dá)成關(guān)鍵的行業(yè)共識(shí)？我們認(rèn)為模塊，I/O、NIC、系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心需要參與更多的專業(yè)領(lǐng)域。這種合作將有所幫助OCP 更好地協(xié)調(diào)可實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，確定最合適的環(huán)境進(jìn)行這些可行性研究。此外，到目前為止，研究所的范圍還不全面，我們還必須考慮其他變量，包括使用QSFP-DD 有源電纜(AEC) 預(yù)計(jì)其散熱量低于可行性AOC。

若行業(yè)發(fā)現(xiàn)SFF 無(wú)法適用于AOC，下一步可以考慮使用AEC。另外，如果采用開(kāi)發(fā)TSFF 尺寸網(wǎng)絡(luò)適配器需要擴(kuò)展研究?jī)?nèi)容，涵蓋八個(gè)集成散熱器SFF 可插拔模塊(OSFP-RHS) 端口的可行性。

實(shí)現(xiàn)散熱設(shè)計(jì)共識(shí)對(duì)行業(yè)內(nèi)的多方合作至關(guān)重要OCP 它將發(fā)揮關(guān)鍵作用。Molex 莫仕很榮幸能和Meta 與英偉達(dá)合作，對(duì)下一代相關(guān)解決方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。我們?nèi)�方合作設(shè)計(jì)測(cè)試方案，仔細(xì)模擬和量化每個(gè)定義的變量的影響，然后共同分析結(jié)果，并在數(shù)據(jù)中心尋求新的性能水平。

(本文來(lái)源《IC2022年3月，代理雜志