四通道小型可插拔雙密度模塊(QSFP-DD)是業界最小的400GbE模塊，提供最高的端口帶寬密度。嚴格的測試驗證了它是下一代高密度、高速可插拔模塊。

四通道小型可插拔雙密度(QSFP-DD)模塊的熱性能已在高性能數據中心環境中得到了廣泛的評估。分析15WQSFP-DD模塊的熱測試數據和結果，得出了溫升與氣流的關系。

QSFP-DD模塊是業界最小的400 GbE(千兆以太網)模塊，提供最高的端口帶寬密度。通過與QSFP-DDMSA團隊合作開發完成，滿足了下一代高密度、高速可插拔模塊的市場需求。

QSFP-DD的構成形式促使了行業重要的制造能力的改變，同時成本也支持40GbE 和100GbE的QSFP+和QSFP28標準。這種結構支持單個機架單元(RU)中具有36個400GbE端口，并提供超過14TB/s的帶寬。

單個支架上的36個QSFP-DD端口

QSFP-DD模塊兼容從40Gb/s到200Gb/s的所有QSFP收發器，以及支持以下一系列產品，包括：

·3m無源銅纜

·100米平行多模光纖

·500米平行單模光纖

·2公里和10公里雙工單模光纖

·波分復用(WDM)和相干光學

熱要求及測試

在設計具有可插拔模塊的設備的挑戰中，每個插座必須能夠處理最大熱負載。基于對所有未來預期光學模塊類型和層級的調查，至少需要15W的冷卻能力才能支持QSFP-DD的最大覆蓋范圍。

幸運的是，現在有足夠的行業經驗來制造和冷卻一系列小型模塊，包括較小的SFP單車道模塊和兼容性強的QSFP四車道模塊等，這兩個模塊都在今天的網絡交換機中被密集使用。這些經驗被應用到QSFP-DD可插拔模塊以及未來進一步的創新中，15W冷卻能力在400 GbE產品中被認為是很容易實現的。

單支架端口密度

系統設計中靈活優化熱冷卻是QSFP-DD模塊的關鍵優勢之一，他們的平頂設計，使散熱片和散熱管可以進行眾多的熱創新和優化，包括有限范圍的進入、排氣和側對側冷卻等。

高密度系統利用不同的PCB設計、風扇布局和氣流控制等來優化路徑、模塊布局和氣流等。belly-to-belly設計可以將QSFP-DD模塊放置在PCB的對面。在這種設計中，氣流在PCB兩側冷卻模塊，這樣效果更優。相比堆疊卡籠，這種設計還提供了更好的高速信號完整性。belly-to-belly設計的一個缺點是PCB上組件的高度有限，需要降低大功率轉換芯片上散熱片的高度。

另一個選項是堆疊設計，將QSFP-DD模塊放置在PCB的同側，因此空氣只流動在一側。通過最大限度地加大散熱片高度，這種設計非常有利于冷卻轉換芯片。使用堆疊設計的主要挑戰是在保持上層堆疊卡籠高速信號完整性的同時，又要冷卻下層卡籠模塊。

在規定的工作范圍內對QSFP-DD模塊和支架熱性能進行了熱測試，以確保QSFP-DD解決方案在遇到極端溫度時保持穩健。經過大量測試氣流和溫升散熱得出系統設計的關鍵參數。要求在任何情況，模塊周圍的溫度保持在30°C以下。

熱測試1：堆疊卡籠測試

同時冷卻上槽和下槽中模塊的能力需要散熱片到集成2合1卡籠中。通過測試來確定模塊籠和與高功率光學模塊的散熱片結合后的熱性能。使用單支架轉換器側對側2合1卡籠來進行模塊熱測試。

重要的熱測試集中在裝好的單支架系統設計上，因為從熱設計的角度來看，這通常是最具挑戰性的。風扇空間是有限的，這需要最復雜的模塊熱設計。線卡模塊系統設計將風扇拉出，能提供更大的通風氣流。在模塊化系統中，模塊設計通常比固定裝置設計的溫升低5-7°C.

每次試驗并排設置兩個2×1 QSFP-DD籠。所有的熱試驗都是在室溫下進行的，范圍在海平面20°C到22°C之間。氣流方向從前到后，在試驗中使用的氣流范圍被認為是針對典型的系統設計。在某些測試案例中，為了達到一致的測試結果，使用了測力計/測力單元在散熱片下設置一定的值。

在堆疊支架熱試驗中，無論是低預置還是高預置，溫度都隨夾具的使用而升高。這導致非常接近的溫度結果，從夾緊力設計來看這是一個正確的現象。當2×1支架的風量在7 CFM左右時，組件的平均溫升在21~22°C左右。溫升曲線表明，當空氣流量大于8 CFM/2×1籠時，模塊籠溫升可小于20°C。在大多數情況下，2×1籠中的底部模塊在CFM測試范圍內運行的溫度比頂部模塊高出2-4°C。溫升與功率關系圖證實了QSFP-DD模塊和支架結合后低于30°C溫升所需的能力。

熱測試2：Belly-to-Belly 測試案例

belly-to-belly 的設計將散熱片安裝在支架頂部的表面，并應在支架轉換設計中提供最佳模塊冷卻氣流。在這個組件級測試中，在測試板的兩側設置了兩個1×2 QSFP-DD籠。所有的熱試驗在40°C(114.8°F)環境溫度下進行。氣流方向是前后向的，試驗中使用的氣流范圍被認為是典型的系統設計要求。belly-to-belly 熱測試中同時使用14W和15W模塊的功耗，結果表明，將功耗偏置到模塊的中心和后方，可以顯著改善模塊的熱性能。

在前向后氣流的belly-to-belly 系統中，46°C環境下，15W組件的箱溫可保持在70°C(158°F)以下;模塊風量為6.4 cfm。在40°C(114.8°F)環境溫度以下時，最大模塊功耗增加到18W。優化熱環境或定制散熱片(例如，翅片較高或翅片密度較高的散熱片)可將最大模塊功耗增加到超過18W,在2.5“H2O壓降下使用反旋轉風機,6.4CFM氣流才能達到預期的熱性能.

靈活又經濟的QSFP-DD模塊

建立和維持互操作的互連解決方案對于支持收發器模塊、交換技術和服務器方面的進步是非常重要的。隨著數據中心最大限度地利用電力和冷卻系統，熱管理變得越來越重要。

在高性能數據中心環境中，QSFP-DD模塊的熱性能得到了廣泛的評價.由此產生的溫升與氣流的數據清楚地證明了15W QSFP-DD模塊在現實數據中心環境中的可行性。

QSFP-DD模塊提供了靈活、低成本的解決方案，連接器在系統、模塊和支架熱設計和管理方面擁有豐富的經驗。熱測試證實，這種結構在產品定制方面也提供了很大的靈活性。無論是堆疊的支架和belly-to-belly 的配置，QSFP-DD模塊可以支持所需的熱負荷，以滿足下一代高帶寬應用的需求。