液冷技术在核心路由器中的应用前景和关键技术

庄严

摘要：核心路由器设计中采用液冷技术是研发中的创新，本文分析了核心路由器演进中遇到的问题，阐述了液冷技术解决方案，并展望了液冷技术方案在高端路由器中的应用前景。

关键词：路由器;CDU;液冷

核心路由器的可靠性是現代网络性能与服务的保障，散热是专用网络设备保持高可靠性的重要内容，核心路由器的设计中同样也面临这个问题。

1.核心路由器在网络中的位置和面临的问题

电信级核心路由器是在大型运营商使用的大容量、高性能、具备电信级可靠性的路由器，主要定位在Internet核心节点、大型城域网核心出口节点以及大型数据中心出口节点应用场景，要求实现大容量、高性能、高密度高速端口、高可靠性的服务。图1中的绿色边框部分准确地描述了核心路由器在网络中的位置。

路由器在散热方式上一直采用风冷，在过去的20年中，核心路由器配套IP网络的蓬勃发展，平均每5年性能提升10倍，功耗随之不断上升，现在单机架（2200mm*600mm*800mm）功耗突破20KW，风扇噪声提升至78分贝，功耗和噪声成为制约核心路由器进一步发展的瓶颈之一。随着5G云时代业务发展，核心路由器容量将持续提升，业界开始考虑采用液冷方式解决路由器散热瓶颈。

2.液冷技术在核心路由器中的使用

液冷作为一种低功耗高性能的散热方式，在高性能服务器、高端计算机等领域得到了初步的应用。借鉴于液冷技术的应用场景，将其应用于核心路由器以实现散热的原理可以利用图2表述。

核心路由器液冷系统由3个部分组成：含液冷设备的核心路由器、CDU（Coolant Distribution Unit）及附属设施、冷水机组。其中核心路由器的液冷设备是部署在核心路由器内部的液冷管道。

该液冷系统工作包括内循环和外循环两个主要环节，CDU及其附属设施实现了内、外循环的接口与转换。整个散热过程在内、外循环上通过四个工作过程达到冷却散热的目的。具体过程是核心路由器内热部件通过接触导热将热量传递给液冷单板内的液冷工质，CDU泵驱通过内循环将设备内部接收了热部件热量的工质转移至CDU换热器，CDU换热器实现内循环工质热量到外循环冷冻水的热量释放，冷却系统外循环将热量释放到室外大气环境。

3.液冷技术的应用优势和发展趋势;

相比传统的风冷系统，液冷系统具有独特的优势，具体表现在散热能力显著提升，有效地降低噪声，节约制冷系统能源的使用。

从应用技术上看，液冷技术发展主要是使用不同的冷却工作介质（简称：工质），主要经历有水工质、单相无水工质、两相无水工质等发展阶段。有水工质存在腐蚀，维护困难，工质泄露带来安全风险等问题，单项无水工质解决了有水工质的上述问题，但冷却效率稍有降低，而两相液冷相对单项液冷，其冷却效率将提升10倍，但该技术应用目前暂不成熟，有待进一步研究与改进。

4.结束语

液冷技术是高性能、高可靠性核心路由器设计与制造中的重要技术，将风冷转变为液冷将有效地解决路由器冷却与散热问题。本文讨论的液冷技术方案和液冷工质的研究发展，将推动核心路由器冷却散热技术的发展。