الاتصالات ومراكز البيانات

مع تطور تقنيات الجيل الخامس (5G) والحوسبة السحابية والذكاء الاصطناعي وتحليل البيانات الضخمة، ارتفعت أحمال الحوسبة والنقل في معدات الاتصالات ومراكز البيانات إير ارتفعت بسرعة كبيرة. ومع استمرار ارتفاع كثافة طاقة الشرائح، أصبحت إدارة الحرارة إحدى التحديات الأساسية في تصميم الأنظمة. سواء تعلق الأمر بوحدات مضخم الطاقة الراديوية ووحدات الإرسال الضوئية داخل محطات قاعدة الجيل الخامس، أو وحدات المعالجة المركزية (CPU) وبطاقات الرسوميات (GPU) والشرائح المبدلة في مراكز البيانات إير s, يُعد التحكم الفعّال في الحرارة داخل المساحات المحدودة أمرًا ضروريًا لضمان تشغيل مستقر على المدى الطويل. ويمكن أن يؤدي التصميم الحراري غير الكافي إلى ارتفاع مفرط في درجات حرارة وصلات الجهاز، مما يسبب تدهور الأداء، وزيادة معدلات الأعطال، وتقليل العمر الافتراضي، بل وحتى تعطيل النظام، ما يؤدي إلى خسائر اقتصادية كبيرة.

تشمل التحديات النموذجية لإدارة الحرارة في معدات الاتصالات: عوامل الشكل المدمجة، وكثافة القدرة العالية، ومساحة التبريد المحدودة؛ والبيئات المعقدة للتركيب حيث تتعرض محطات القاعدة الخارجية لدورات حرارية قصوى، والأمطار، والغبار، ورش الملح؛ والحاجة إلى تشغيل معدات المحطة الأساسية باستمرار دون انقطاع، مما يتطلب حلول تبريد عالية الموثوقية وخالية من الصيانة؛ إلى جانب اعتبارات الوزن والتكلفة واستهلاك الطاقة لتقليل التكلفة الإجمالية للملكية (TCO) للمشغلين. مركز البيانات إير تواجه تحديات مثل تنظيم تدفق الهواء المعقد داخل الرفوف، ووجود بقع ساخنة محلية واضحة، واستهلاك عالٍ لطاقة المراوح، مما يستدعي تحقيق توازن بين الكفاءة الحرارية ومؤشر كفاءة استهلاك الطاقة (PUE).

يمكن استخدام حلول متعددة لإدارة الحرارة لمختلف سيناريوهات التطبيق في مجالات الاتصالات ومركز البيانات إير بالنسبة لمكبرات الصوت ووحدات الهوائي النشطة (AAUs) في محطات الجيل الخامس (5G)، يتم عادةً استخدام أنابيب نقل الحرارة أو موسعات الحرارة بالاقتران مع مشتّعات حرارية من نوع Skived Fin. وهذه تعمل على توزيع الحرارة الناتجة عن الشريحة بسرعة وبشكل متجانس إلى الشفائف، والتي تقوم بعد ذلك بإبعاثها عبر التوصيل الطبيعي. أما بالنسبة للمعدات الخارجية عالية القدرة، فيمكن تصميم مشتّعات حرارية ذات شفائف أو مشتّعات حرارية وحيدة الصب بالقالب، مع إجراء معالجات سطحية مثل الأكسدة الكهربائية أو الطلاء لتحسين مقاومة التآكل. أما خوادم مراكز البيانات فغالباً ما تعتمد على تصاميم تبريد بالهواء القسري تجمع بين المشتّعات الحرارية والمراوح، حيث تُستخدم على نطاق واسع مشتّعات الحرارة من نوع Pin-Fin نظراً لقدرتها على تبديد الحرارة في جميع الاتجاهات وكفاءتها الحرارية العالية. وفي تطبيقات الحوسبة عالية الأداء (HPC) وعناقيد تدريب الذكاء الاصطناعي، أصبحت حلول التبريد السائل أكثر انتشاراً. وتلك الحلول تستخدم صفيحات تبريد لتوجيه الحرارة مباشرة إلى نظام سائل دوار، مما يقلل بشكل كبير من درجات حرارة الوصلة واستهلاك طاقة المراوح.