Viestintä ja tietokeskukset

5G:n, pilvilaskennan, tekoälyn ja suurten tietomäärien kehityksen myötä viestintälaitteiden ja tietokeskusten laskenta- ja siirtotehtävät ovat räjähtäneet nopeasti. Kun piirien tehontiheys jatkaa nousuaan, lämmönhallinta on muodostunut yhdeksi keskeiseksi haasteeksi järjestelmäsuunnittelussa. Riippumatta siitä, koskee se RF-tehoalueen vahvistinmoduuleja ja optisia moduuleja 5G-tukiasemissa, tai tietokeskusten CPU:ita, GPU:ita ja kytkentäpiirejä eR s, tehokas lämpöhallinta rajoitetuissa tiloissa on välttämätöntä pitkäaikaisen vakion toiminnan varmistamiseksi. Riittämätön lämpösuunnittelu voi johtaa liiallisiin laitteen liitoskohtien lämpötiloihin, mikä puolestaan aiheuttaa suorituskyvyn heikkenemistä, vianmäärän kasvua, käyttöiän lyhenemistä ja jopa järjestelmähäiriöitä, joista seuraa merkittäviä taloudellisia tappioita.

Tyypillisiä lämpöhallinnan haasteita viestintälaitteissa ovat muun muassa kompaktit muotokoot, korkea tehotiheys ja rajoittunut jäähdytystila; monimutkaiset asennusympäristöt, joissa ulkoiset tukiasemat joutuvat kestämään ääriarvoisia lämpötilavaihteluita, sade-, pöly- ja suolasumuvaikutuksia; vaatimus tukiasemalaitteiden jatkuvasta keskeyttymättömästä toiminnasta, mikä edellyttää erittäin luotettavia, huoltovapaita jäähdytysratkaisuja; lisäksi paino-, kustannus- ja energiankulutustekijöiden huomioonottaminen operaattoreiden kokonaisomistuskustannusten (TCO) pienentämiseksi. Tietokeskuksissa haasteita ovat esimerkiksi vaikeasti hallittava ilmavirtaus kaapissa, voimakkaasti paikallistuneet kuumat pilkut ja suuri tuulettimen energiankulutus, mikä edellyttää tasapainoa lämpötehokkuuden ja PUE-arvon (Power Usage Effectiveness) välillä.

Erilaisiin tietoliikenne- ja tietokeskustilanteisiin voidaan käyttää useita erilaisia lämpöhallintaratkaisuja. 5G-tukiasemien teholähetinten ja AAU-yksiköiden (Active Antenna Units) kohdalla yleisesti käytettyjä ratkaisuja ovat lämpöputket tai lämmönlevittimet yhdistettynä Skived Fin -lämpöpurskeisiin. Näillä levitetään piirin lämpö nopeasti ja tasaisesti purskeseen, joka siirtää lämmön pois luonnollisen konvektion avulla. Ulkona käytettävissä suuritehoisissa laitteissa voidaan suunnitella rakoilla varustettuja lämpöpurskeita tai painevalukappaleisia yhdenmukaisia lämpöpurskeita, joissa pinnan anodointi tai pinnoituskäsittely parantaa korroosionkestävyyttä. Tietokeskusten palvelimissa käytetään tyypillisesti pakotetun ilman jäähdytysrakenteita, joissa yhdistyvät lämpöpurskeet ja tuulettimet, ja joissa pinnapursskeita käytetään laajalti niiden monisuuntaisen lämmönsiirron ja korkean lämpötehokkuuden vuoksi. Suorituskykyisten laskentajärjestelmien (HPC) ja tekoälykoulutusklusterien kohdalla nestejäähdytysratkaisut ovat yhä yleisempiä. Niissä käytetään kylmälevyjä, jotka siirtävät lämmön suoraan kiertävään nestejärjestelmään, mikä vähentää huomattavasti liitoskohtien lämpötiloja ja tuulettimien virrankulutusta.