Gestion thermique des modules optiques pour IA — Qualifié 800G / 1.6T
Pad ultra-doux TIF700UU et composite métal-PCM TIC800T-ST pour les émetteurs-récepteurs optiques de nouvelle génération 800G et 1.6T dans les centres de données IA — contrainte de compression inférieure de 10 psi à celle du concurrent principal à 70% de déflexion, avec une résistance thermique stable après un vieillissement de 1 000 heures.
Contexte client
Un fournisseur mondial de solutions de communication optique et d'interconnexion pour l'IA, spécialisé dans les modules optiques à haut débit pour les centres de données IA, l'infrastructure de cloud computing et les équipements de réseau hyperscale. Ses produits incluent des émetteurs-récepteurs optiques 400G, 800G et de nouvelle génération 1.6T utilisés dans les clusters de GPU, les serveurs d'IA et les commutateurs haute performance. Face à l'expansion rapide de la demande en calcul d'IA, le client a été confronté à des limitations thermiques dues à une densité de puissance plus élevée, à une miniaturisation des boîtiers et à un déploiement à grande échelle dans des racks de centres de données denses.
Échelle :Volume annuel de plusieurs millions d'unités pour les programmes 400G / 800G / 1.6T
Clients :Opérateurs de centres de données IA hyperscale · Intégrateurs de clusters GPU · OEM de serveurs IA
Contexte du marché
Les centres de données IA effectuent une transition rapide des interconnexions optiques 400G vers 800G et 1.6T. Selon les prévisions du secteur, le marché mondial des émetteurs-récepteurs optiques pour l'IA devrait passer de 16,5 milliards de dollars à 26 milliards de dollars d'ici 2026, stimulé par le déploiement accéléré de l'infrastructure d'IA.
À mesure que la bande passante des modules optiques augmente, la consommation d'énergie et la génération de chaleur s'accroissent de manière significative, faisant de la gestion thermique un facteur essentiel pour la performance globale des clusters d'IA.
Aperçu du secteur connexe : Solutions thermiques pour centres de données et IA
Le défi
Vue éclatée de l'émetteur-récepteur optique 800G / 1.6T — l'empilement interne, de la cavité optique au PCB en passant par le boîtier DSP, définit l'emplacement du TIM et les composants les plus sensibles à la contrainte.
Le client était confronté à trois problèmes convergents : une densité thermique croissante, des dimensions de boîtiers de plus en plus réduites et une accumulation de chaleur importante à l'intérieur des racks à haute densité. Les pads thermiques traditionnels ne parvenaient pas à maintenir une faible résistance thermique sous de fortes compressions, tandis que les matériaux rigides exerçaient une contrainte mécanique excessive sur les composants optiques et les condensateurs.
# | Défi | Solution Ziitek |
|---|---|---|
1 | La densité thermique des modules optiques 800G dépassait 50 W/cm² — le refroidissement passif traditionnel ne parvenait pas à maintenir les températures cibles pour le DSP et le laser. | La souplesse de type gel du TIF700UU épouse les surfaces non planes des modules optiques, comblant les micro-interstices d'air even dans les boîtiers QSFP-DD et OSFP où des pads plus durs ne peuvent pas se déformer. |
2 | Le conditionnement compact des boîtiers QSFP-DD et OSFP réduisait considérablement l'espace interne de dissipation thermique, laissant des tolérances d'assemblage étroites et une marge de compression minimale pour le TIM. | Une contrainte de compression inférieure à 10 psi à 70 % de déformation signifie que les lasers et les condensateurs restent en dessous de leur seuil de fissuration sous contrainte pendant toute la durée de vie du module. |
3 | Le déploiement en racks haute densité provoquait des effets d'îlots de chaleur — le transfert de chaleur entre les modules voisins poussait les températures des boîtiers au-dessus de 60 °C. | Le composite PCM-métal TIC800T-ST à l'interface de la plaque froide supporte des milliers de cycles d'insertion/retrait sans effet de pompage — spécialement conçu pour les baies de modules optiques remplaçables à chaud. |
4 | Des températures excessives provoquaient une dérive de la longueur d'onde, une augmentation du taux d'erreur binaire et une réduction de la durée de vie du laser — la contrainte à l'interface devait rester faible pour protéger l'alignement optique. | La conception d'une interface à faible contrainte et à faible module maintient la force mécanique à l'écart des boîtiers laser TOSA / ROSA — protégeant la stabilité de la longueur d'onde, réduisant le taux d'erreur binaire et prolongeant la durée de vie du laser. |
Conception de la solution thermique
Ziitek a recommandé TIF700UUun matériau d'interface thermique ultra-souple pour le refroidissement interne des modules optiques. Sa souplesse de type gel permet une excellente conformité de surface et une faible résistance thermique de contact, même dans des espaces d'assemblage étroits. Pour les interfaces externes refroidies par liquide, TIC800T-STdes composants composites PCM-métal ont été introduits pour améliorer la durabilité lors des cycles répétés d'insertion et de retrait.
Emplacement | Produit Ziitek | Pourquoi |
|---|---|---|
Interface DSP / laser (interne au module) | TIF700UUPad ultra-souple | La souplesse de type gel comble les micro-interstices d'air dans les boîtiers QSFP-DD / OSFP ; contrainte inférieure de 10 psi à 70 % de compression par rapport à la concurrence. |
Interface de la plaque froide (externe) | Composite PCM-métal TIC800T-ST | Le PCM sur support résiste aux insertions et retraits répétés dans les baies interchangeables à chaud. |
Gros plan sur l'interface de la plaque froide : le composite PCM-métal TIC800T-ST est conçu pour les baies de modules optiques interchangeables à chaud.
Validation des performances
Les tests ont démontré que la série TIF700UU offrait une résistance thermique inférieure à celle du produit phare de la concurrence dans toutes les conditions de compression. À 70 % de compression, les valeurs de pression sont restées inférieures d'environ 10 psi à celles du matériau concurrent, réduisant ainsi la contrainte sur les composants sensibles. Le matériau a également maintenu des performances stables après des tests de vieillissement de 1 000 heures à 85 °C, sans dégradation thermique.
Grâce à l'équipement de test de contrainte développé indépendamment par Ziitek, les valeurs de pression pendant l'assemblage et l'utilisation ont été simulées. La pression instantanée et stable du pad TIF700UU s'est avérée globalement inférieure à celle des produits phares de la concurrence. Cela indique que le matériau peut protéger au maximum l'appareil contre les contraintes tout en comblant les différentes tolérances de hauteur.
Fiabilité et avantages pour la fabrication
La capacité de déformation adaptative du pad ultra-souple compense les tolérances d'assemblage et améliore la constance du rendement de production. Sa structure à faible contrainte minimise le risque de fissuration des condensateurs, de défaillance par effet de pompage (pump-out) et de délamination de l'interface lors des cycles thermiques à long terme.
Chronologie de la collaboration
La collaboration a débuté par une validation thermique et des tests de contrainte mécanique sur de petits lots. Les équipes d'ingénierie de Ziitek ont fourni un support sur site pendant les phases d'intégration du prototype et de tests de fiabilité. Après une évaluation réussie, le client a étendu la solution à la production de masse pour les modules optiques IA à haute vitesse. La même plateforme matérielle est également positionnée pour les programmes 1.6T entrant en phase DVT.
Résultats
Le client a obtenu une meilleure stabilité thermique, une dégradation réduite du signal optique, une fiabilité système améliorée et une plus grande confiance dans la production pour ses produits d'interconnexion optique IA de nouvelle génération.
Foire aux questions
Pourquoi les pads thermiques ultra-souples sont-ils importants pour les modules optiques ?
Les pads ultra-souples s'adaptent mieux aux surfaces irrégulières, réduisant les vides d'air et la résistance thermique de contact tout en minimisant les contraintes mécaniques sur les dispositifs optiques sensibles comme les lasers, les photodiodes et les condensateurs montés en surface.
Quelle conductivité thermique est recommandée pour les modules optiques 800G et 1.6T ?
Les modules optiques IA haute performance nécessitent généralement des matériaux d'interface thermique avec une conductivité thermique supérieure à 10 W/m·K pour supporter une densité de flux thermique élevée aux interfaces du DSP et du laser.
Comment le TIF700UU améliore-t-il la fiabilité à long terme ?
Sa conception à faible contrainte réduit les dommages mécaniques sur les lasers et les condensateurs, prévient les problèmes de vieillissement de l'interface et maintient une performance thermique stable sur de longs cycles opérationnels — validé par un vieillissement de 1 000 heures à 85 °C sans aucune modification de la résistance thermique.
Pourquoi la durabilité aux insertions répétées est-elle importante pour les interfaces thermiques externes ?
Les modules optiques sont fréquemment insérés et retirés lors de la maintenance et des mises à niveau, donc les matériaux à l'interface de la plaque froide doivent résister à l'usure et maintenir une performance thermique stable. La construction PCM avec support du TIC800T-ST est spécialement conçue pour les baies remplaçables à chaud.
Quel rôle joue la gestion thermique dans les centres de données IA ?
Une gestion thermique efficace assure une transmission optique stable, prévient l'étranglement thermique et maximise l'utilisation globale de la puissance de calcul IA. Les îlots thermiques de plus de 60 °C dans les racks denses dégradent l'intégrité du signal et réduisent la durée de vie des lasers — un empilement TIM adéquat permet de les bloquer.
