液冷技術(shù)在核心路由器中的應(yīng)用前景和關(guān)鍵技術(shù)

莊嚴

摘要：核心路由器設(shè)計中采用液冷技術(shù)是研發(fā)中的創(chuàng)新，本文分析了核心路由器演進中遇到的問題，闡述了液冷技術(shù)解決方案，并展望了液冷技術(shù)方案在高端路由器中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：路由器;CDU;液冷

核心路由器的可靠性是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)性能與服務(wù)的保障，散熱是專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備保持高可靠性的重要內(nèi)容，核心路由器的設(shè)計中同樣也面臨這個問題。

1.核心路由器在網(wǎng)絡(luò)中的位置和面臨的問題

電信級核心路由器是在大型運營商使用的大容量、高性能、具備電信級可靠性的路由器，主要定位在Internet核心節(jié)點、大型城域網(wǎng)核心出口節(jié)點以及大型數(shù)據(jù)中心出口節(jié)點應(yīng)用場景，要求實現(xiàn)大容量、高性能、高密度高速端口、高可靠性的服務(wù)。圖1中的綠色邊框部分準確地描述了核心路由器在網(wǎng)絡(luò)中的位置。

路由器在散熱方式上一直采用風(fēng)冷，在過去的20年中，核心路由器配套IP網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展，平均每5年性能提升10倍，功耗隨之不斷上升，現(xiàn)在單機架（2200mm*600mm*800mm）功耗突破20KW，風(fēng)扇噪聲提升至78分貝，功耗和噪聲成為制約核心路由器進一步發(fā)展的瓶頸之一。隨著5G云時代業(yè)務(wù)發(fā)展，核心路由器容量將持續(xù)提升，業(yè)界開始考慮采用液冷方式解決路由器散熱瓶頸。

2.液冷技術(shù)在核心路由器中的使用

液冷作為一種低功耗高性能的散熱方式，在高性能服務(wù)器、高端計算機等領(lǐng)域得到了初步的應(yīng)用。借鑒于液冷技術(shù)的應(yīng)用場景，將其應(yīng)用于核心路由器以實現(xiàn)散熱的原理可以利用圖2表述。

核心路由器液冷系統(tǒng)由3個部分組成：含液冷設(shè)備的核心路由器、CDU（Coolant Distribution Unit）及附屬設(shè)施、冷水機組。其中核心路由器的液冷設(shè)備是部署在核心路由器內(nèi)部的液冷管道。

該液冷系統(tǒng)工作包括內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩個主要環(huán)節(jié)，CDU及其附屬設(shè)施實現(xiàn)了內(nèi)、外循環(huán)的接口與轉(zhuǎn)換。整個散熱過程在內(nèi)、外循環(huán)上通過四個工作過程達到冷卻散熱的目的。具體過程是核心路由器內(nèi)熱部件通過接觸導(dǎo)熱將熱量傳遞給液冷單板內(nèi)的液冷工質(zhì)，CDU泵驅(qū)通過內(nèi)循環(huán)將設(shè)備內(nèi)部接收了熱部件熱量的工質(zhì)轉(zhuǎn)移至CDU換熱器，CDU換熱器實現(xiàn)內(nèi)循環(huán)工質(zhì)熱量到外循環(huán)冷凍水的熱量釋放，冷卻系統(tǒng)外循環(huán)將熱量釋放到室外大氣環(huán)境。

3.液冷技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢和發(fā)展趨勢;

相比傳統(tǒng)的風(fēng)冷系統(tǒng)，液冷系統(tǒng)具有獨特的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在散熱能力顯著提升，有效地降低噪聲，節(jié)約制冷系統(tǒng)能源的使用。

從應(yīng)用技術(shù)上看，液冷技術(shù)發(fā)展主要是使用不同的冷卻工作介質(zhì)（簡稱：工質(zhì)），主要經(jīng)歷有水工質(zhì)、單相無水工質(zhì)、兩相無水工質(zhì)等發(fā)展階段。有水工質(zhì)存在腐蝕，維護困難，工質(zhì)泄露帶來安全風(fēng)險等問題，單項無水工質(zhì)解決了有水工質(zhì)的上述問題，但冷卻效率稍有降低，而兩相液冷相對單項液冷，其冷卻效率將提升10倍，但該技術(shù)應(yīng)用目前暫不成熟，有待進一步研究與改進。

4.結(jié)束語

液冷技術(shù)是高性能、高可靠性核心路由器設(shè)計與制造中的重要技術(shù)，將風(fēng)冷轉(zhuǎn)變?yōu)橐豪鋵⒂行У亟鉀Q路由器冷卻與散熱問題。本文討論的液冷技術(shù)方案和液冷工質(zhì)的研究發(fā)展，將推動核心路由器冷卻散熱技術(shù)的發(fā)展。