液冷技術在核心路由器中的應用前景和關鍵技術

莊嚴

摘要：核心路由器設計中采用液冷技術是研發中的創新，本文分析了核心路由器演進中遇到的問題，闡述了液冷技術解決方案，并展望了液冷技術方案在高端路由器中的應用前景。

關鍵詞：路由器;CDU;液冷

核心路由器的可靠性是現代網絡性能與服務的保障，散熱是專用網絡設備保持高可靠性的重要內容，核心路由器的設計中同樣也面臨這個問題。

1.核心路由器在網絡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核心節點、大型城域網核心出口節點以及大型數據中心出口節點應用場景，要求實現大容量、高性能、高密度高速端口、高可靠性的服務。圖1中的綠色邊框部分準確地描述了核心路由器在網絡中的位置。

路由器在散熱方式上一直采用風冷，在過去的20年中，核心路由器配套IP網絡的蓬勃發展，平均每5年性能提升10倍，功耗隨之不斷上升，現在單機架（2200mm*600mm*800mm）功耗突破20KW，風扇噪聲提升至78分貝，功耗和噪聲成為制約核心路由器進一步發展的瓶頸之一。隨著5G云時代業務發展，核心路由器容量將持續提升，業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，在高性能服務器、高端計算機等領域得到了初步的應用。借鑒于液冷技術的應用場景，將其應用于核心路由器以實現散熱的原理可以利用圖2表述。

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

該液冷系統工作包括內循環和外循環兩個主要環節，CDU及其附屬設施實現了內、外循環的接口與轉換。整個散熱過程在內、外循環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熱部件通過接觸導熱將熱量傳遞給液冷單板內的液冷工質，CDU泵驅通過內循環將設備內部接收了熱部件熱量的工質轉移至CDU換熱器，CDU換熱器實現內循環工質熱量到外循環冷凍水的熱量釋放，冷卻系統外循環將熱量釋放到室外大氣環境。

3.液冷技術的應用優勢和發展趨勢;

相比傳統的風冷系統，液冷系統具有獨特的優勢，具體表現在散熱能力顯著提升，有效地降低噪聲，節約制冷系統能源的使用。

從應用技術上看，液冷技術發展主要是使用不同的冷卻工作介質（簡稱：工質），主要經歷有水工質、單相無水工質、兩相無水工質等發展階段。有水工質存在腐蝕，維護困難，工質泄露帶來安全風險等問題，單項無水工質解決了有水工質的上述問題，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，但該技術應用目前暫不成熟，有待進一步研究與改進。

4.結束語

液冷技術是高性能、高可靠性核心路由器設計與制造中的重要技術，將風冷轉變為液冷將有效地解決路由器冷卻與散熱問題。本文討論的液冷技術方案和液冷工質的研究發展，將推動核心路由器冷卻散熱技術的發展。