Comunicazioni e Data Center

Con l'avanzamento del 5G, del cloud computing, dell'intelligenza artificiale e dei big data, i carichi computazionali e di trasmissione dei dispositivi di comunicazione e dei data center sono aumentati rapidamente. Con la continua crescita della densità di potenza dei chip, la gestione termica è diventata una delle sfide principali nella progettazione del sistema. Che si tratti di Moduli di amplificazione RF e moduli ottici all'interno delle stazioni base 5G, oppure di CPU, GPU e chip di commutazione nei data center er s, una gestione termica efficiente negli spazi ristretti è essenziale per garantire un funzionamento stabile a lungo termine. Una progettazione termica inadeguata può portare a temperature eccessive nei giunti dei dispositivi, causando degrado delle prestazioni, aumento dei tassi di guasto, riduzione della durata e persino interruzioni del sistema, con conseguenti perdite economiche significative.

Le tipiche sfide di gestione termica per l'equipaggiamento di comunicazione includono: fattori di forma compatti, alta densità di potenza e spazio limitato per il raffreddamento; ambienti di installazione complessi in cui le stazioni base esterne devono sopportare cicli estremi di temperatura, precipitazioni, polvere e nebbia salina; la necessità che l'equipaggiamento delle stazioni base funzioni in modo continuo senza interruzioni, richiedendo soluzioni di raffreddamento altamente affidabili e prive di manutenzione; insieme a considerazioni relative a peso, costo e consumo energetico per ridurre il costo totale di proprietà (TCO) degli operatori. I data center affrontano sfide come l'organizzazione complessa del flusso d'aria all'interno dei rack, hot spot localizzati pronunciati e alto consumo energetico dei ventilatori, necessitando un equilibrio tra efficienza termica e PUE (Power Usage Effectiveness).

Per diversi scenari applicativi nelle telecomunicazioni e nei data center possono essere impiegate diverse soluzioni di gestione termica. Per gli amplificatori di potenza delle stazioni base 5G e per le unità AAU (Active Antenna Units), si utilizzano comunemente heat pipe o piani di dispersione abbinati a dissipatori con alette ricavate mediante lavorazione meccanica (Skived Fin). Questi componenti distribuiscono rapidamente e in modo uniforme il calore del chip alle alette, che lo dissipano attraverso la convezione naturale. Per apparecchiature esterne ad alta potenza, possono essere progettati dissipatori alettati o dissipatori monoblocco ottenuti per pressofusione, con trattamenti superficiali di anodizzazione o rivestimento per migliorare la resistenza alla corrosione. Nei server dei data center si impiegano tipicamente soluzioni di raffreddamento forzato ad aria, che combinano dissipatori termici con ventole, dove i dissipatori a spine sono ampiamente adottati grazie alla loro capacità di dissipazione termica omnidirezionale e all'elevata efficienza termica. Per i sistemi di elaborazione ad alte prestazioni (HPC) e i cluster per l'addestramento dell'intelligenza artificiale (AI), le soluzioni di raffreddamento a liquido sono sempre più diffuse. Queste utilizzano delle piastre fredde (cold plates) per trasferire direttamente il calore a un sistema di circolazione liquida, riducendo significativamente le temperature di giunzione e il consumo energetico delle ventole.