Thermomanagement für optische KI-Module –Qualifiziert für 800G / 1.6T
Ultraweiches TIF700UU Pad und TIC800T-ST PCM-Metall-Verbundwerkstoff für optische 800G- und 1,6T-Transceiver der nächsten Generation in KI-Rechenzentren – 10 psi geringere Druckspannung als das Flaggschiffprodukt des Wettbewerbers bei 70 % Kompression, mit stabilem Wärmewiderstand nach 1.000-stündiger Alterung.
Kundenprofil
Ein globaler Anbieter von Lösungen für optische Kommunikation und KI-Verbindungen, spezialisiert auf optische Hochgeschwindigkeitsmodule für KI-Rechenzentren, Cloud-Computing-Infrastruktur und Hyperscale-Netzwerkausrüstung. Zu seinen Produkten gehören optische 400G-, 800G- und 1,6T-Transceiver der nächsten Generation, die in GPU-Clustern, KI-Servern und Hochleistungsswitches eingesetzt werden. Mit dem schnellen Anstieg der Nachfrage nach KI-Rechenleistung stieß der Kunde an thermische Grenzen, die durch höhere Leistungsdichte, miniaturisierte Gehäuse und den großflächigen Einsatz in dichten Rechenzentrums-Racks bedingt waren.
Umfang:Jährliches Volumen von mehreren Millionen Einheiten über 400G / 800G / 1.6T-Programme hinweg
Kunden:Betreiber von Hyperscale-KI-Rechenzentren · Integratoren von GPU-Clustern · OEMs für KI-Server
Marktkontext
KI-Rechenzentren stellen schnell von optischen 400G- auf 800G- und 1.6T-Verbindungen um. Laut Branchenprognosen wird der globale Markt für optische KI-Transceiver bis 2026 voraussichtlich von 16,5 Milliarden USD auf 26 Milliarden USD wachsen, angetrieben durch den beschleunigten Ausbau der KI-Infrastruktur.
Mit zunehmender Bandbreite der optischen Module steigen auch der Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung erheblich an, was das Thermomanagement zu einem kritischen Faktor für die Gesamtleistung von KI-Clustern macht.
Zugehöriger Branchenüberblick: Thermische Lösungen für Rechenzentren & KI
Die Herausforderung
Explosionszeichnung des optischen 800G / 1.6T-Transceivers – der interne Aufbau von der optischen Kavität über das DSP-Gehäuse bis zur Leiterplatte definiert, wo das TIM platziert werden muss und welche Komponenten am druckempfindlichsten sind.
Der Kunde stand vor drei zusammenlaufenden Problemen: steigende Wärmedichte, schrumpfende Gehäuseabmessungen und eine starke Wärmeansammlung in Racks mit hoher Dichte. Herkömmliche Wärmeleitpads konnten unter hohen Kompressionsbedingungen keinen niedrigen Wärmewiderstand aufrechterhalten, während starre Materialien zu übermäßiger mechanischer Belastung für optische Bauteile und Kondensatoren führten.
# | Herausforderung | Ziitek-Lösung |
|---|---|---|
1 | Optische 800G-Module überschritten eine Wärmedichte von 50 W/cm² — die herkömmliche passive Kühlung konnte die Zieltemperaturen für DSP und Laser nicht aufrechterhalten. | Die gelartige Weichheit von TIF700UU passt sich unebenen Oberflächen optischer Module an und füllt Mikroluftspalte selbst in QSFP-DD- und OSFP-Gehäusen, in denen sich härtere Pads nicht verformen können. |
2 | Die kompakten Gehäuse von QSFP-DD und OSFP reduzierten den internen Raum für die Wärmeabfuhr drastisch, was nur geringe Montagetoleranzen und minimalen Spielraum für die Kompression des TIM ließ. | Eine um 10 psi geringere Druckspannung bei 70 % Verformung bedeutet, dass Laser und Kondensatoren über die gesamte Lebensdauer des Moduls unter ihrer Spannungsrissgrenze bleiben. |
3 | Der Einsatz in Racks mit hoher Dichte verursachte thermische Insel-Effekte — der Wärmeaustausch zwischen benachbarten Modulen trieb die Gehäusetemperaturen über 60 °C. | Der TIC800T-ST PCM-Metall-Verbundwerkstoff an der Cold-Plate-Schnittstelle bewältigt Tausende von Ein- und Ausbauzyklen ohne Pump-Out-Effekt — speziell entwickelt für Hot-Swap-fähige Einschübe für optische Module. |
4 | Überhöhte Temperaturen verursachten Wellenlängendrift, erhöhte Bitfehlerraten und eine verkürzte Lebensdauer der Laser — die Belastung der Schnittstelle musste niedrig gehalten werden, um die optische Ausrichtung zu schützen. | Das Schnittstellendesign mit geringer Spannung und niedrigem Modul hält mechanische Kräfte von den TOSA-/ROSA-Lasergehäusen fern — dies schützt die Wellenlängenstabilität, senkt die Bitfehlerraten und verlängert die Lebensdauer des Lasers. |
Design der thermischen Lösung
Ziitek empfahl eine zweiteilige thermische Lösung, um die internen und externen Herausforderungen bei der Wärmeübertragung von optischen 800G / 1.6T-Transceivern anzugehen:TIF700UU ein ultraweiches Wärmeleitmaterial für die interne Kühlung optischer Module. Seine gelartige Weichheit ermöglicht eine ausgezeichnete Oberflächenanpassung und einen geringen Kontaktwärmewiderstand selbst in engen Bauräumen. Für flüssigkeitsgekühlte externe Schnittstellen TIC800T-ST wurden PCM-Metall-Verbundkomponenten eingeführt, um die Haltbarkeit bei wiederholten Ein- und Ausbauzyklen zu verbessern.
Position | Ziitek-Produkt | Warum |
|---|---|---|
DSP-/Laserschnittstelle (im Modul) | TIF700UUUltraweiches Pad | Gelartige Weichheit füllt Mikroluftspalte in QSFP-DD-/OSFP-Gehäusen; 10 psi geringere Belastung bei 70 % Kompression als bei Wettbewerbsprodukten. |
Cold-Plate-Schnittstelle (extern) | TIC800T-ST PCM-Metall-Verbundwerkstoff | Trägergestütztes PCM übersteht wiederholtes Ein- und Ausbauen in Hot-Swap-fähigen Einschüben. |
Nahaufnahme der Cold-Plate-Schnittstelle — der TIC800T-ST PCM-Metall-Verbundwerkstoff wurde für Hot-Swap-fähige Einschübe für optische Module entwickelt.
Leistungsvalidierung
Tests zeigten, dass die TIF700UU-Serie unter allen Kompressionsbedingungen einen geringeren Wärmewiderstand als führende Wettbewerbsprodukte aufwies. Bei 70 % Kompression blieben die Druckwerte etwa 10 psi niedriger als bei den Materialien der Wettbewerber, was die Belastung empfindlicher Komponenten reduzierte. Das Material zeigte auch nach 1.000-stündigen Alterungstests bei 85 °C eine stabile Leistung ohne thermische Beeinträchtigung.
Mit der von Ziitek eigenentwickelten Belastungsprüfanlage wurden die Druckwerte während der Montage und Nutzung simuliert. Der momentane und stabile Druck der TIF700UU-Dichtung war insgesamt den führenden Produkten der Wettbewerber überlegen. Dies zeigt, dass das Material das Bauteil maximal vor Belastung schützen und gleichzeitig unterschiedliche Höhentoleranzen ausgleichen kann.
Zuverlässigkeits- und Fertigungsvorteile
Die adaptive Verformungsfähigkeit des ultraweichen Pads gleicht Montagetoleranzen aus und sorgt für eine gleichbleibend hohe Produktionsausbeute. Seine spannungsarme Struktur minimiert das Risiko von Kondensatorrissen, Pump-Out-Ausfällen und Delamination der Schnittstelle bei langfristigen thermischen Zyklen.
Zeitplan der Zusammenarbeit
Die Zusammenarbeit begann mit der thermischen Validierung und mechanischen Belastungstests mit kleinen Chargen. Die Ingenieurteams von Ziitek leisteten Unterstützung vor Ort während der Phasen der Prototypenintegration und der Zuverlässigkeitstests. Nach erfolgreicher Evaluierung weitete der Kunde die Lösung auf die Massenproduktion für Hochgeschwindigkeits-KI-Optikmodule aus. Dieselbe Materialplattform ist auch für 1.6T-Programme positioniert, die sich in der DVT-Phase befinden.
Ergebnisse
Der Kunde erreichte eine verbesserte thermische Stabilität, eine geringere Beeinträchtigung des optischen Signals, eine höhere Systemzuverlässigkeit und eine größere Produktionssicherheit bei KI-gestützten optischen Verbindungsprodukten der nächsten Generation.
Häufig gestellte Fragen
Warum sind ultraweiche Wärmeleitpads für optische Module wichtig?
Ultraweiche Pads passen sich unebenen Oberflächen besser an, reduzieren Luftspalte und den Kontaktwärmewiderstand und minimieren gleichzeitig die mechanische Belastung empfindlicher optischer Bauteile wie Laser, Fotodioden und oberflächenmontierte Kondensatoren.
Welche Wärmeleitfähigkeit wird für optische 800G- und 1,6T-Module empfohlen?
Hochleistungsfähige optische KI-Module erfordern typischerweise Wärmeleitmaterialien mit einer Wärmeleitfähigkeit von über 10 W/m·K, um die hohe Wärmestromdichte an den DSP- und Laserschnittstellen zu bewältigen.
Wie verbessert TIF700UU die Langzeitzuverlässigkeit?
Sein spannungsarmes Design reduziert mechanische Schäden an Lasern und Kondensatoren, beugt Alterungsproblemen an der Schnittstelle vor und erhält die stabile thermische Leistung über lange Betriebszyklen – validiert durch eine 1.000-stündige Alterungsprüfung bei 85 °C ohne Veränderung des Wärmewiderstands.
Warum ist die Haltbarkeit bei wiederholtem Einsetzen für externe thermische Schnittstellen wichtig?
Optische Module werden bei Wartung und Aufrüstung häufig eingesetzt und entfernt, daher müssen die Materialien an der Cold-Plate-Schnittstelle verschleißfest sein und eine stabile thermische Leistung aufrechterhalten. Die trägergestützte PCM-Konstruktion des TIC800T-ST ist speziell für Hot-Swap-fähige Einschübe ausgelegt.
Welche Rolle spielt das Wärmemanagement in KI-Rechenzentren?
Effizientes Wärmemanagement gewährleistet eine stabile optische Übertragung, verhindert thermische Drosselung und maximiert die Gesamtauslastung der KI-Rechenleistung. Wärmeinseln über 60 °C in dicht bestückten Racks beeinträchtigen die Signalintegrität und verkürzen die Lebensdauer der Laser – der richtige TIM-Aufbau verhindert deren Entstehung.
