核心路由器的电力管理 需要更冷的核心

核心路由器的制冷和电力管理是持续多年的热门话题。在宽带流量呈持续指数级增长的情况下该趋势将长期存在。

然而减少环境影响和运营成本一直是首要考量，让网络运营商废寝忘食地在思考一个问题，即在“我们如何以不超过在NOC中的实际可用的空间、电力和冷却资源限制， 提供更多的网络容量需求”上面临挑战。

流量的增长在网络运行中心(NOC)产生恶性循环：需要更高的能耗支持更多的设备，而更多的设备产生更多的热量，需要更强的制冷以保持设备工作在最佳的工作温度范围内，而更强的制冷又要消耗更多的能耗。

面对不断快速增长的成本，基于现有的电力和空间进行拓展是适应不断增长的路由器容量需求的最优先选择。

核心路由器的容量和能耗效率

核心路由器的能力一直保持着与互联网流量基本同步增长的步调伐。但由于对可扩展性和密度更高的需求，能耗、冷却效率和空间效率已成为关键的设计约束因素。不幸的是，能耗效率提升滞后：单机架的电源限制目前大约是20千瓦。以这样的速度，单机架交换容量在未来面临极大的问题。(图1)

 

图1 单机架路由器容量增长预测

随着每个机架的电源效率、冷却效率以及端口密度的提高，业务提供商能够用更少的空间扩展他们的核心网络容量，从而大大降低运营成本。

好消息是：可以通过优化设计提高这些效率。像阿尔卡特朗讯7950 XRS高性能核心路由器正以全面的设计、管理和节能的方案引领发展方向。

通过设计提升电源效率

今天，阿尔卡特朗讯7950 XRS已达到交换容量为1瓦/Gb/s的能耗效率(16 Tb/s正常能耗为16kW)。该成果通过先进的设计， 实现性能和效率提升。

更快、更高效和更少的器件优化的频率和电压， 以最小功耗实现最大速度 FP3网络处理器智能电源管理改进直流-直流电源转换器技术只在使用时给线路卡供电优化的负载分担和电源输入模块滤波。

从芯片等级开始

从芯片开始智能电源管理和制冷。

更快的芯片具有一系列的优点。例如，在7950 XRS中，400Gb/s转发能力提供了针对10、40和100G端口密度的完美架构，实现无阻塞交换。其高性能使它相对于其他芯片能针对路由和转发信息实现更高效的内存池分享。 而更少的芯片将减少能耗和潜在故障点。

在一个优化的设计中，给核心路由器供电的芯片组嵌入了内置逻辑，它将关闭未使用的功能从而节省电力。电源输入模块，以及消耗电力的系统组件如线路卡也实现了智能化。这将实现主动监测，管理能耗和制冷，保持安全和高能效运行条件。

电源总线结构

有些路由器设计将一个系统分为由专用电源供电的不同区域。其缺点是每个区域需要被单独保护或者承担由于某一关键区域失效而导致整个路由器出问题的风险。

与之相反，核心路由器使用的电源总线架构让电力资源以最经济的方式被共享并提高整个系统的可靠性。

一个单一的内部公共总线设计让现有电源(包括N + M模型)在所有系统组件之间被共享，具有智能的电源输入模块可以跟踪各个系统组件的额定功率。他们之间相互沟通，跟踪总的可用功率，并在系统出现无法供电事件时，关闭非关键部件的供电。

核心路由器系统增长应跟上需求的步伐，总线架构使得它可以仅仅通过新的电源输入模块增加电力供应和组件。如果一个电源模块出现故障，可以不需要接触或修改任何电力电缆而进行安全更换。针对极少数的多电源供电失败的案例，关键系统，如控制处理器模块、冷却风扇和交换矩阵模块将受到保护。

实现最佳散热的散热设计

散热设计是电信级路由平台的一个重要方面，但是往往不受重视。这是一个网络运营商所不能承受的疏忽

散热决定最大系统容量与端口密度。系统设计必须从最底层做起，定义在哪里部署可提供覆盖所有部件的持续和可靠的冷却功能。

散热设计的必要元素是什么?

针对空气运动进行特殊空间设计的机框高度、槽宽为提供最大气流而优化的进气区域将空气前后左右均匀分布的空气引导装置确保每槽相等的空气流的阻抗板确保安静高效制冷的先进风扇技术提拉空气使气流通过所有底架部件的“抽取”空气流设计从底架的冷却通道侧抽取而获得冷却空气

冷/热通道的分离 在NOC中 “冷”和“热”通道的清晰布局提供一个最优散热设计的机会。冷却通道用于在系统的冷却入口提供冷空气，而散热通道允许热排散而不影响周边设备的冷空气道。设计合理的路由设备将保持一个清晰的冷热分离通道分离;只从冷却通道获取空气而从散热通道排出热空气。

 

图2 7950 XRS的冷/热通道分离

冷却区

核心路由器可以分为一个或更多的冷却区，但多个冷却区将导致不必要的复杂性。需要更多的风扇对每个区域制冷，并需要更多的空气过滤器。如果设计得当， 即使一个满架的核心路由器也可以只有一个制冷区。

“抽取”气流实现有效制冷

“抽取”气流设计对核心路由器实现高效和持续制冷必不可少。系统的气流创造贯穿系统的真空，保证所有部件适当散热并没有热点出现。一种方法是用从前到后， 从一侧到另一侧的大量且分离的气流。这允许分离且均衡的气流流过所有部件， 且没有湍流。引导空气在所有部件上平均分布冷空气可以优化和提升冷却效率。

应避免“推进”气流设计。在高性能通信设备中，很少发现在“推进”风扇和线卡间需要一个额外的大区域。额外增加的区域允许空气流从多个风扇汇聚到单一的空气流。没有预汇聚，风扇产生的湍流将进入卡笼区域并造成热点、空气在器件中的循环和有害的空气流。

高效的风扇设计和主动控制

最佳的实用设计提供了1+1冗余双风扇盘，并 针对每个风扇提供专用的可编程控制器实现小颗粒速度增加。通过主动控制风扇速度，可以适应系统部件的不同热特性，并在系统配置变化时改变环境条件。在运行环境允许风扇更慢时， 可以降低电能消耗和噪声。

通过定义过热条件、激活备份以避免损害真空的空气泄露等规则，可以通过智能管理系统监控风扇运行、速度和功耗。

在从前到顶制冷的NOC中，可以通过顶部机架排气的垂直排风进一步提高效率。顶部空间扩展了可用的空气空间并降低风阻。

智能管理电源和制冷

智能电源和制冷管理在下一代核心路由器中不可缺少。 它可以帮助网络运营商：

监控和确保所有系统部件有足够的电力供应避免对不用的系统组件或电路供电产生的能源浪费防止局部限电，减轻电力系统可用性在系统运行中的影响保证系统安全运行在最佳温度减少噪音运营成本最小化

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