האתגר הגדול של 5G Networks

עם רולף גלובלי של 5G מאיצה, מפעילי רשת להתמודד עם דרישות ניהול תרמי חסר תקדים. אותות גל מילימטר גבוה, מערך אנטנה מסיבי MIMO, ופריסה קטנה דחוסה תאים לייצר הרבה יותר חום לנפח מאשר הדורות הקודמים.שמאל ללא בדיקה, עודף חום details שלמות, מקטין את תוחלת החיים, ומגדיל עלויות התפעוליות.זה בוחנת את המגמות המבטיחות ביותר כי הם מחוסנים, 5G, מעקב אחר תשתיות.

קידום טכנולוגיות חומריות

גרפן ומוליכים מבוססי פחמן

Graphene, שכבה אחת של אטומי פחמן מסודרים ב hexagonal lattice, מציעה מוליכות תרמית מעל 5000 W / mK - יותר מעשר פעמים של נחושת.האופי הקל והגמיש שלה להפוך אותו אידיאלי עבור מפיץ חום וחומרים ממשק תרמי (TIMper) בחלל-consated 5G יחידות רדיו. יצרנים עכשיו להטביע סרטי גרפן בין חבילות סמיכות חום וחום כדי להפחית את המידות גבוהות של TNT (TIMforms) על בסיס מגנטיות בגודל של 5G יחידות רדיו.

Ceramic Matrix Composites

אלומיניום nitride (AlN) ו בורון nitride (BN) מורכב צובר מתחים עבור substrates במגברי חשמל ומודולים אנטנה.חומרים אלה משלבים מוליכות תרמית גבוהה (200-300 W / mK) עם בידוד חשמלי מעולה, המאפשר למעצבים לשלב פיזור חום ישירות לתוך לוחות מעגלים מודפסים.

טכניקות קירור חדשניות

קירור נוזלי ל- Dense Small Cells

קירור אווירי מסורתי הופך לא יעיל כאשר יחידות רדיו ארוזות קרוב בקלפיות עירוניות או על ריהוט רחוב.מערכות קירור נוזלי, באמצעות נוזלי dielectric המוצבים באמצעות לוחיות קרות מיקרו ערוצים, להסיר חום בשיעורים 5 עד 10 פעמים גבוה יותר מאשר אוויר. חברות כמו NVent ו- Boyd Corporation מציעים כעת לולאות קירור נוזליות קומפקטיות המיועדות במיוחד עבור 5G node.

חומרים לשינוי בשלב (PCMs)

PCMs כגון שעווה פרפין, לחות מלח, וחומצות שומן סופג חום במהלך התכה ושחרורו במהלך הגשמה, ביעילות חלקה ספוי טמפרטורה במהלך תקופות אינטנסיביות גבוהה.ב 5G מרוחקים ראשי רדיו (RRHs), כיור חום מלא PCM יכול לשמור על טמפרטורות צומת מתחת 85 מעלות צלזיוס אפילו כאשר אוויר מגובה 50 מעלות צלזיוס על מחקר מתמשך מתמקד מיקרו-מפסה למנוע מחזורי חום חם יותר מ-מפסת כדי לשפר את מחזורי של מעל פני אלפי מחזורי PC.

Direct-to-Chip Microfluidic Cooling

פיתוח חיתוך-edge כרוך בערוצי מיקרו-השפעה ישירות לתוך סיליקון substrate של 5G beamforming שבבים. על ידי הפצת קירור דרך הערוצים האלה, חום הוסר במקור לפני שהוא מגיע משטח החבילה. IBM ושותפים הוכיחו כי דגני קירור ברמת השבבים מעל 1000 W / 2 - הרבה מעבר ל -200-300 W /2 טיפוסי של Air-cooled 5GIC עדיין יכול להיות מבסיסים הבאים.

שילוב של ניהול חכם

רשתות חיישנים של IoT ו- Analytics חיזוי

אתרי 5G מודרניים לפרוס מגוון של טמפרטורה, לחות וחיישנים זרימת אוויר להאכיל נתונים בזמן אמת לתוך פלטפורמות ניהול מבוסס ענן. מכונות מודלים למידה מודלים מאומן על פרופילים תרמיים היסטוריים לחזות כאשר יחידה מתקרבת לגבולות תרמיים ולתאים מהירויות מעריצים או מהירויות זרימה נוזליות באופן יזום.לדוגמה, תחנת בסיס במיקום במדבר שמש עשוי להגדיל באופן אוטומטי קירור לפני השעה החמים של היום, צמצום האנרגיה הגבוהה ביותר ואת הלחץ התרמי על רכיבים.

הסתגלות ובקרת פאנה

כונן משתנה (VFDs) על מעריצים ומשאבות מאפשר התאמה גרפית המבוססת על עומס חום בפועל ולא על נקודות קבועות. בשילוב עם משוב חיישן, מערכות אלה יכולות להפחית את צריכת האנרגיה הקירור ב -30-50% בהשוואה להפעלה מהירה מתמדת. חלק מהיישומים משתמשים בחיזוק הלמידה כדי להתאים את המסחר בין רעש, שימוש בכוח, רכיב, שיקול קריטי עבור 5G באזורי מגורים.

אופטימיזציה עיצוב ומיניסטרציה

Fluid Dynamics (CFD) בעיצוב מוקדם

מעצבים מסתמכים כעת על סימולציות CFD כדי להעריך את דפוסי זרימת האוויר וביצועים תרמיים לפני בניית אבטיפוס פיזיים. כלים אלה מסייעים לזהות כתמים חמים ב 5G קטן תאים ומאפשרים למהנדסים לייעל מיקום, צפיפות חום שטוף חום, פריסת רכיב. חברות כמו Ansys וסימנס לספק מודולים מיוחדים עבור קירור אלקטרוניקה כי להפחית מחזורי פיתוח עד 40% תוך הבטחת שולי תרמיים הם נפגשו.

3D הדפסה של השתלות חום

ייצור תוספתי מאפשר ייצור של כיור חום ולוחות קר עם ערוצים מורכבים פנימיים שלא ניתן למכונה באופן קונבנציונלי. מבנים Lattice להגדיל את שטח פני השטח על ידי 200-300% בתוך אותו נפח, שיפור דרמטי של קונפדרציה טבעית קירור קורנטיבי. GE ו Sandia National Laboratories פיתחה titanium ואלומיניום 3D- ממולאת חום גבוה בגורמים קומפקטיים - המשולבים עבור כל אנטנהמטר.

ניהול תרמי במודולים Multi-Chip (MCMs)

כדי להפחית את טביעת הרגל, ציוד 5G משתמש יותר ויותר מודולים רב שבב כי מעבד ערימה, זיכרון וניהול כוח מתים חבילה אחת. ניהול חום בערימה 3D כזה דורש מוטבע באמצעות תרמי באמצעות, קירור בין-poser, ושינה זהירה מיקום מוות. מחקרים אחרונים ממרכז המחקר IMEC מראים כי ערערת מוות עם קירור microcapillary יכול לשמור על מות-todie טמפרטורה ⁇ מתחת 5 ° C מאפשר שיעורי ניתוח אמין יותר.

אמינות ובדיקה בתנאים ריאליים

פתרונות ניהול הרחם חייבים להיות מאומתים על מחזור החיים המלא של תשתיות 5G, אשר לעתים קרובות פועל בחוץ במשך 15-20 שנים. Accelerated בדיקות ההזדקנות ב 85 מעלות צלזיוס ו 85% לחות יחסית (85 /85 בדיקות) לחשוף נקודות חלשות ב TIMs, כרטיסי גז, ו ערכות מעריצים. תקני תעשייה כגון GR-487 ו- Telcordia NEBS לרשום רכיבה תרמית, מלח וערפל עבור 5Gof ציוד החל מתואם בין סימולציה זמן (כולל סימולציה).

משאבים חיצוניים לתובנות עמוקות יותר

(ב) סקירה מקיפה של חומרי ממשק תרמיים והאפיון שלהם, מתייחס ל-FLT:0Electronics Cooling Magazine Cooling MagazineFLT:1 ; IEEE'sFLT:2 Transactions on Components, Packaging and Manufacturing TechnologyFLT:3 מפרסם מחקר בעל מראה עמיתים על ניהול תרמי של 5G-G.

מסקנה: A Convergent Path Forward

הנוף הניהול התרמית של תשתיות 5G מתפתח ממשמעת תומכת ועדה הליבה של ביצועי הרשת.חומרים מתקדמים כמו גרפן ו-Bron nitride מורכב, יחד עם קירור נוזלי אינטליגנטי ותאומים דיגיטליים חיזויים, דוחקים את הגבולות של מה אפשרי בתוך כוח הדוק ותקציבי חלל.כפי ש-5G מתפתח לקראת 6G, עם תדרים גבוהים יותר ופריסות צפופות, החידושים המתוארים כאן ייווצרו את התשתית של פתרונות בעלות מוקדמת של רשתות אנרגיה.