ارتباطات و مراکز داده

با پیشرفت فناوری‌های 5G، محاسبات ابری، هوش مصنوعی و داده‌های بزرگ، بار محاسباتی و انتقال داده در تجهیزات ارتباطی و مراکز داده به سرعت افزایش یافته است. با افزایش چگالی توان تراشه‌ها، مدیریت حرارتی به یکی از چالش‌های کلیدی در طراحی سیستم تبدیل شده است. صرف‌نظر از اینکه موضوع مربوط به ماژول‌های تقویت‌کننده قدرت RF و ماژول‌های نوری در داخل ایستگاه‌های پایه 5G، یا CPUها، GPUها و تراشه‌های سوئیچینگ در مراکز داده اره ثانیه، مدیریت حرارتی کارآمد در فضاهای محدود برای اطمینان از عملکرد پایدار بلندمدت ضروری است. طراحی حرارتی ناکافی می‌تواند منجر به دمای بیش از حد در اتصالات دستگاه شود که در نتیجه باعث کاهش عملکرد، افزایش نرخ خرابی، کوتاه شدن عمر مفید و حتی قطعی سیستم شده و زیان‌های اقتصادی قابل توجهی را به دنبال دارد.

چالش‌های معمول مدیریت حرارتی تجهیزات ارتباطی شامل فاکتورهای شکل فشرده، چگالی توان بالا و فضای خنک‌کنندگی محدود؛ محیط‌های نصب پیچیده که در آن ایستگاه‌های پایه بیرونی با چرخه‌های دمایی شدید، بارش، گرد و غبار و پاشش نمک روبرو هستند؛ نیاز به کارکرد مداوم بدون وقفه تجهیزات ایستگاه پایه که حل‌های خنک‌کنندگی بسیار قابل اعتماد و بدون نیاز به نگهداری را الزامی می‌سازد؛ همراه با ملاحظاتی در مورد وزن، هزینه و مصرف انرژی به‌منظور کاهش هزینه کل مالکیت (TCO) برای اپراتورها. مراکز داده با چالش‌هایی مانند سازمان‌دهی پیچیده جریان هوای داخل رک‌ها، نقاط داغ محلی برجسته و مصرف بالای انرژی فن‌ها روبرو هستند که لزوم تعادل بین بازده حرارتی و PUE (بهره‌وری مصرف انرژی) را ضروری می‌سازد.

راه‌حل‌های متعددی برای مدیریت حرارتی در سناریوهای کاربردی مختلف در مخابرات و مراکز داده قابل استفاده هستند. برای تقویت‌کننده‌های توان پایگاه‌های 5G و AAUها (واحدهای آنتن فعال)، اغلب از لوله‌های گرمایی یا پخش‌کننده‌های حرارتی همراه با هیت سینک‌های دندانه‌دار اسکوید (Skived Fin) استفاده می‌شود. این سیستم‌ها گرما را به سرعت و به‌صورت یکنواخت از تراشه به دندانه‌ها منتقل می‌کنند و سپس گرما از طریق همرفت طبیعی پراکنده می‌شود. برای تجهیزات بیرونی با توان بالا، می‌توان از هیت سینک‌های دندانه‌دار یا هیت سینک‌های یکپارچه ریخته‌گری شده استفاده نمود که با انجام عملیات آندایز یا پوشش‌های رویه‌ای، مقاومت در برابر خوردگی افزایش می‌یابد. سرورهای مراکز داده معمولاً از طرح‌های خنک‌کنندگی با هوای اجباری استفاده می‌کنند که در آن هیت سینک‌ها همراه با فن‌ها به کار می‌روند؛ در این حالت، هیت سینک‌های نوع pin-fin به دلیل توانایی پراکندگی گرما در جهات مختلف و بازده حرارتی بالا، به‌طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای سیستم‌های رایانش با عملکرد بالا (HPC) و خوشه‌های آموزش هوش مصنوعی، راه‌حل‌های خنک‌کنندگی مایع روزبه‌روز رایج‌تر می‌شوند. این سیستم‌ها از صفحات سردکننده (cold plates) استفاده می‌کنند تا گرما را مستقیماً به سیستم مایع در مدار انتقال دهند که این امر دمای اتصال را به‌طور قابل توجهی کاهش داده و مصرف توان فن‌ها را نیز کم می‌کند.