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 Rechenzentren rapide angestiegen. Da die Leistungsdichte von Chips kontinuierlich steigt, ist das thermische Management zu einer der zentralen Herausforderungen beim Systemdesign geworden. Unabhängig davon, ob es die 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 im Bereich Thermomanagement für Kommunikationsgeräte umfassen: kompakte Bauformen, hohe Leistungsdichte und begrenzten Platz für die Kühlung; komplexe Installationsumgebungen, in denen Außenstationen extremen Temperaturzyklen, Niederschlag, Staub und Salzsprühnebel ausgesetzt sind; die Anforderung, dass Basisstationen kontinuierlich unterbrechungsfrei betrieben werden müssen, was äußerst zuverlässige, wartungsfreie Kühllösungen erfordert; sowie Überlegungen zu Gewicht, Kosten und Energieverbrauch, um die Gesamtbetriebskosten (TCO) der Betreiber zu senken. Rechenzentren stehen vor Herausforderungen wie einer komplexen Luftstromführung innerhalb der Racks, deutlichen lokalen Hotspots und hohem Lüfterenergieverbrauch, weshalb ein Ausgleich zwischen thermischer Effizienz und PUE (Power Usage Effectiveness) erforderlich ist.
Für verschiedene Anwendungsszenarien in der Telekommunikation und in Rechenzentren können mehrere Lösungen für das thermische Management eingesetzt werden. Für Leistungsverstärker und AAUs (Active Antenna Units) von 5G-Basisstationen kommen üblicherweise Wärmerohre oder Wärmespreizplatten in Kombination mit Skived-Fin-Kühlkörpern zum Einsatz. Diese leiten die Wärme der Chips schnell und gleichmäßig zu den Kühlrippen weiter, wo sie über natürliche Konvektion abgeleitet wird. Für leistungsstarke Außenanlagen können rippenbestückte Kühlkörper oder druckgegossene monolithische Kühlkörper konzipiert werden, wobei Oberflächenbehandlungen wie Eloxieren oder Beschichtungen die Korrosionsbeständigkeit verbessern. Bei Servern in Rechenzentren werden typischerweise Zwangsluftkühlkonzepte eingesetzt, bei denen Kühlkörper mit Lüftern kombiniert werden; hier haben sich Pin-Fin-Kühlkörper aufgrund ihrer omnidirektionalen Wärmeabfuhr und hohen thermischen Effizienz weitgehend durchgesetzt. Für Hochleistungsrechner (HPC) und KI-Trainingscluster gewinnen flüssigkeitsgekühlte Systeme zunehmend an Bedeutung. Diese nutzen Kühlplatten, um die Wärme direkt in ein zirkulierendes Flüssigkeitssystem abzuleiten, wodurch die Sperrschichttemperaturen und der Energieverbrauch der Lüfter deutlich reduziert werden.
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