Mit dem Fortschritt von 5G, Cloud-Computing, künstlicher Intelligenz und Big Data sind die Rechen- und Übertragungsbelastungen von Kommunikationsgeräten und Datenzentren rapide angestiegen. Da die Leistungsdichte von Chips weiter steigt, ist das thermische Management zu einer der zentralen Herausforderungen im Systemdesign geworden.
Mit dem Fortschritt von 5G, Cloud-Computing, künstlicher Intelligenz und Big Data sind die Rechen- und Übertragungsbelastungen von Kommunikationsgeräten und Datenzentren er sind rapide angestiegen. Da die Leistungsdichte von Chips weiter steigt, ist das thermische Management zu einer der zentralen Herausforderungen im Systemdesign geworden. Egal ob es um Hochfrequenz-Leistungsverstärkermodule und optische Module in 5G-Basisstationen oder um CPUs, GPUs und Switching-Chips in Datenzentren geht er s, ein effizientes Wärmemanagement in beengten räumlichen Verhältnissen ist entscheidend, um einen langfristig stabilen Betrieb sicherzustellen. Unzureichende thermische Konstruktion kann zu übermäßigen Sperrschichttemperaturen der Bauelemente führen, was Leistungseinbußen, erhöhte Ausfallraten, verkürzte Lebensdauer und sogar Systemausfälle zur Folge hat, die erhebliche wirtschaftliche Verluste verursachen.
Typische Herausforderungen des Thermomanagements bei Kommunikationsgeräten sind: kompakte Bauformen, hohe Leistungsdichte und begrenzter Kühlraum; komplexe Installationsumgebungen, in denen Außenbasisstationen extremen Temperaturzyklen, Niederschlag, Staub und Salzsprühnebel ausgesetzt sind; die Anforderung, dass Basisstationen kontinuierlich ohne Unterbrechung betrieben werden müssen, was äußerst zuverlässige, wartungsfreie Kühllösungen erfordert; sowie Aspekte wie Gewicht, Kosten und Energieverbrauch, um die Gesamtbetriebskosten (TCO) der Betreiber zu senken. Datenzent er stellt sich vor Herausforderungen wie einer komplexen Luftstromorganisation innerhalb der Racks, deutlichen lokal begrenzten Hotspots und hohem Energieverbrauch der Lüfter, was eine Balance zwischen thermischer Effizienz und PUE (Power Usage Effectiveness) erforderlich macht.
Für verschiedene Anwendungsszenarien in Telekommunikation und Datenzentren können mehrere Lösungen für das thermische Management eingesetzt werden er für 5G-Basisstationen-Leistungsverstärker und AAUs (Active Antenna Units) werden häufig Wärmerohre oder Wärmeverteilplatten in Kombination mit Skived-Fin-Kühlkörpern eingesetzt. Diese leiten die Chip-Wärme schnell und gleichmäßig zu den Kühlrippen weiter, die sie anschließend über natürliche Konvektion abgeben. Für im Freien betriebene Hochleistungsgeräte können rippenbestückte Kühlkörper oder druckgegossene monolithische Kühlkörper konzipiert werden, wobei Oberflächenbehandlungen wie Anodisieren oder Beschichtungen die Korrosionsbeständigkeit verbessern. Bei Servern in Rechenzentren kommen typischerweise Zwangsluftkühlungen zum Einsatz, bei denen Kühlkörper mit Lüftern kombiniert werden; hierbei haben sich Stiftkühlkörper aufgrund ihrer omnidirektionalen Wärmeabfuhr und hohen thermischen Effizienz weitgehend durchgesetzt. Für High-Performance-Computing (HPC) und KI-Trainingscluster gewinnen flüssigkeitsgekühlte Lösungen zunehmend an Bedeutung. Dabei werden Kaltplatten eingesetzt, um die Wärme direkt in ein zirkulierendes Flüssigkeitssystem abzuleiten, wodurch die Sperrschichttemperaturen und der Energieverbrauch der Lüfter deutlich reduziert werden.
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