随着人工智能、云计算和大数据技术的飞速发展，智算中心对算力的需求呈现爆发式增长。在这一背景下，高速光模块作为数据中心网络传输的核心部件，正面临着功耗攀升带来的散热挑战。特别是在800G/1.6T等更高速率的光模块逐渐普及的今天，传统的风冷技术已经难以满足散热需求，液冷技术由此成为行业关注的焦点。开放数据中心委员会（ODCC）最新发布的《面向800G/1.6T光模块的液冷关键技术白皮书》深入探讨了这一技术领域的现状、挑战与未来方向，为行业发展提供了重要参考。本文将基于该白皮书的内容，对高速光模块液冷技术的当前进展、关键技术难点以及未来发展趋势进行全面的分析与解读。
光模块的功耗随着传输速率的提升而显著增加，这一趋势在智算中心架构中尤为明显。GPU服务器虽然是智算中心的核心基础设施，但交换机以及光模块同样是确保整体算力传输效率的关键环节。根据白皮书中的预测，当光模块的传输速率达到3.2T时，其功耗可能超过40W。这种功耗的快速增长使得传统的风冷技术逐渐无法满足散热需求，行业开始从风冷向液冷技术过渡。液冷技术凭借其高效的散热性能，正在成为解决高功耗光模块散热问题的关键技术路径。
光模块的散热问题并非单一的散热挑战，而是涉及结构设计、材料制程等多方面的系统级问题。白皮书指出，光模块属于动件，其周围的部件如光模块本身、鼠笼、冷板等都存在一定的公差，这使得冷板需要具备灵活性，以支持所有部件产生的浮动公差。在极限公差情况下，光模块与冷板的连接可能过紧，导致运维时需要施加较大的力才能拔出光模块进行维护。根据MSA（多源协议）标准，光模块的插拔力有明确的规范要求，这也为液冷设计带来了额外的挑战。此外，现有的光模块鼠笼有单层和双层两种类型，为了保障智算中心的高密度需求，冷板的高度需要控制在较低的水平，保守评估为9mm，而较为可靠的高度为7mm。这种高度限制进一步增加了液冷设计的难度。
在材料方面，由于光模块是动件，而冷板和鼠笼固定在交换机内，在实际运维中无法保证光模块的插入方向和位置完全正确。如果在冷板与光模块接触的位置使用导热材料，在插入光模块时可能导致材料破损。因此，导热材料需要具备耐磨擦的特性，否则冷板与光模块之间只能采用干接触方式，其热阻可能达到1in²C/W。在光模块功耗为32W时，部分热点在干接触条件下的温差可能达到25.6°C，这会对光模块的正常工作造成严重影响。液冷设计需要克服这些挑战，通过微结构特征和内部支撑设计，确保散热效果和结构可靠性。
目前，行业内在光模块液冷技术方面已经出现了多种方案，每种方案各有特点。白皮书中提到了几家主要厂商的技术路径，包括Nvidia、HPE、Molex和Ciena等。这些方案从散热性能、可靠性、结构设计等角度展现了不同的技术思路。Nvidia和HPE采用热管方式将光模块的热量导至冷板，这种方案属于高可靠性设计，液冷冷板不直接与光模块接触，而是通过热管进行热传导。然而，这种方式的导热路径较长，散热性能相对有限。其传导路径为光模块→铜块→TIM（热界面材料）→热管→TIM→冷板，虽然在低功耗发热元件中表现良好，但在高功耗情况下效能较差。
Molex采用一体式冷板方案，在各个光模块位置设计浮动装置以克服公差问题。冷板直接贴合光模块，散热路径较短，散热性能优于热管方案。然而，这种方案需要对浮动装置的可靠性进行充分验证，确保长期使用的稳定性。如果一体式冷板的底部没有独立的浮动装置，可能无法有效支持光模块的浮动需求。Ciena则提出了两种方案：一种是采用软管连接光模块冷板，利用软管的特性解决公差问题，冷板直接与光模块发热源接触，从而提高散热性能。但这种方案由于各支路采用软管和卡箍连接，泄漏风险较高。另一种方案是在光模块直接集成液冷设计，需要搭配微型快拆接头。这种方案对接头的尺寸和可靠性要求极高，目前行业内仅有少数厂家能够提供相关产品，供应链风险较大。
从这些方案中可以看出，光模块液冷技术需要在散热性能、结构可靠性和供应链风险之间找到平衡。直接接触式方案虽然散热性能更好，但面临公差和材料挑战；而间接方案如热管技术虽然可靠性高，但散热性能有限。行业未来的发展可能需要结合多种技术的优点，推动更加集成化和标准化的解决方案。此外，微型快拆接头和浮动装置等关键部件的创新将成为技术突破的重点。
为了应对光模块液冷技术的挑战，ODCC联合锐捷网络、京东云等合作伙伴开展了系统性的研究与开发，并与多家液冷厂商合作制作了原型样品。这些样品针对光模块液冷的关键需求进行了创新设计，并在性能上进行了实测验证。白皮书中提到了四家厂商的原型样品：文轩热能、苏州大图、万亨达和同裕科技。这些样品在冷板高度、承压能力、浮动公差支持等方面均满足了设计要求，并在热阻和流阻测试中展现了不同的特性。
文轩热能的原型样品采用独立冷板加金属波纹管的设计，支持光模块的浮动需求。冷板采用串联方式散热，内部通过疏密微结构设计平衡散热性能。苏州大图的样品同样采用独立冷板和金属波纹管，但使用并联方式散热。并联设计可以使冷板制作更加归一化，降低流阻，但分配到每个冷板的流量相对较小。万亨达的样品采用串联方式和蛇形流道设计，确保冷板有效覆盖光模块，实现全面散热。同裕科技的样品则采用独立冷板加铜管支持浮动，冷板高度仅为4.16mm，在高密度微结构设计和先进焊接工艺的支持下，实现了良好的散热和承压性能。
在性能测试中，这些原型样品在入水温度40°C、发热功耗32W、流量0.25LPM的条件下，热阻均低于0.7°C/W的要求，展现了良好的散热性能。然而，流阻测试结果显示，部分样品的流阻较高。分析表明，流阻过高的主要原因是焊接过程中出现的焊料溢吸现象，以及高密度微结构设计带来的流动阻力。这表明在未来的设计中，需要进一步优化焊接工艺和微结构布局，在保证散热性能的同时控制流阻。金属波纹管在这一过程中发挥了关键作用，其柔性连接特性有效支持了冷板的浮动需求，但微型化和表面处理技术的提升仍是未来的重点。
光模块液冷技术虽然已经取得了一定的进展，但仍面临多个方面的挑战。白皮书指出，未来的技术发展需要在流阻控制、材料创新、结构设计和工艺优化等方面继续突破。流阻过高是当前原型样品中普遍存在的问题，这主要是由于微型冷板的焊接工艺和微结构设计尚未完全成熟。焊接过程中需要避免焊环堵塞现象，同时优化微结构布局，以降低流动阻力。并联设计可能是解决流阻问题的有效路径，但需要确保各支路的流量分配均匀。
在材料方面，导热材料的创新将成为提升散热性能的关键。目前，干接触方式的热阻较高，限制了散热效果。如果能够开发出具备耐磨擦、可多次使用的导热材料，将显著改善冷板与光模块之间的热传导效率，甚至减少对微结构设计的依赖，从而降低流阻。此外，金属波纹管的微型化和表面处理技术也需要进一步提升。现有的波纹管虽然能够满足基本需求，但在有限空间内，对更小尺寸波纹管的需求日益增加。同时，表面处理工艺需要在不影响柔性的前提下提高抗腐蚀性能，目前的镀镍技术虽然能够抗腐蚀，但会降低部件的柔软性。
从行业生态的角度来看，光模块液冷技术的标准化和供应链整合也是未来的重要方向。Ciena提出的光模块直接集成液冷方案虽然具有较好的散热性能，但需要光模块厂商的深度参与和定制化开发。目前，仅有少数厂家能够提供相关的微型快拆接头，这增加了供应链风险。行业需要推动更加开放和标准化的技术路线，降低供应链依赖，提高技术的普及性和经济性。此外，液冷系统的整体优化也需要考虑与现有数据中心基础设施的兼容性，确保技术的平滑过渡和规模化应用。
以上就是关于2025年高速光模块液冷技术的分析。从光模块功耗的增长趋势到液冷技术的创新方案，再到原型样品的性能验证和未来挑战，这一技术领域正在经历快速的发展和变革。液冷技术作为解决高功耗光模块散热问题的关键路径，其进步将直接影响到智算中心的算力效率和可靠性。然而，当前的技术仍面临流阻控制、材料创新和工艺优化等方面的挑战，需要行业各方共同努力，推动更加成熟和标准化的解决方案。随着技术的不断突破，液冷技术有望在800G/1.6T乃至更高速率的光模块中发挥更加重要的作用，为智算中心的高效运行提供坚实保障。
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