Elektronische Kampfführung: Reduzierung des SWaP-Platzbedarfs

Kommunikationsausrüstung muss in der Lage sein, schnell bereitgestellt zu werden und die Interoperabilität mit vorhandenen Plattformen auch unter extremsten Bedingungen sicherzustellen, selbst wenn neue Technologien die elektronischen Komponenten dieser Systeme kleiner und heißer machen.
Der Aufstieg von KI, sowohl in der Datenverarbeitung als auch bei der Entscheidungsfindung, erhöht sowohl den Energieverbrauch als auch die Wärmeerzeugung in der Elektronik. Laut Stephen Riker, Business Development Manager, Aerospace & Defense, nVent SCHROFF, stellt diese zusätzliche Wärme heute eine der größten Herausforderungen für Ingenieur*innen der Verteidigungselektronik dar.

Die Herausforderungen von SWaP

„Das Militär konzentriert sich heutzutage auf drei Hauptentwicklungsfaktoren, die auf Größe, Gewicht und Leistung, oder SWaP (Size, Weight, and Power – Größe, Gewicht und Leistung), beruhen“, so Riker. „Ingenieur*innen stehen vor der Herausforderung, mehr Elektronik in einem kleineren Format zu platzieren – mehr Verarbeitungsleistung bei geringerem Volumen.

„Der Schutz und die Kühlung dieser Elektronik ist heute eine der größten Herausforderungen für Elektronikverpackungen und Ingenieur*innen, und sie wird mit der Einführung von Systemen wie KI und maschinellem Lernen nur noch komplexer.“
Riker erklärt, dass diese neuen Systeme enorme Rechenleistung benötigen werden, um die erforderlichen erweiterten Funktionen auszuführen: „Die Elektronik, die Prozessoren und die Chips selbst werden immer kleiner und heißer. Und wenn der Platzbedarf eines Chips sinkt, wird es schwieriger, Wärme abzuführen.“

Beispielsweise erfordern Nachrüstungen von Flugzeugzellen oft eine Platzerweiterung für Elektronik, was aufgrund von Fertigungseinschränkungen schwierig ist. Das Elektronikpaket muss in den vorgegebenen Raum passen. Hinzu kommt, dass Kühlsysteme für Militärfahrzeuge oder Flugzeuge extrem robust sein müssen.
Schutz der Technologie in rauen Umgebungen

nVent SCHROFF ist seit mehr als sechs Jahrzehnten Vorreiter in der elektronischen Infrastruktur für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter C5ISR-, PNT-, Radar- und Waffensysteme.
„nVent bietet eine enorme Produktpalette, die in allen Geräten mit starken Stößen und Vibrationen eingesetzt wird, d. h. in Düsen, Tanks und Satelliten. Es gibt eine Vielzahl von Unternehmen, die unser Produkt verwenden, alles, was starken Stöße und Vibrationen standhalten muss und kritische Komponenten enthält, die gekühlt werden müssen“, sagt Riker.

Riker führt aus, wie Produkte nVent SCHROFF in Verbindung mit Elektronik funktionieren. „Wir haben eine Reihe von Produkten, die die Wärme des heißen Prozessors in ein Gehäuse ableiten. Wir sind der weltweit größte Hersteller von Produkten, die wir als Kartenhalterungen bezeichnen. Sie halten diese heißen Computer-Baugruppen nicht nur an Ort und Stelle, sondern leiten auch die Wärme von diesem heißen Prozessor in eine Umgebung ab, die sie abkühlt. Wir sprechen von Konduktionskühlung, Zwangskühlung mit Luft und Flüssigkeiten. Dies sind die drei Wege, die derzeit beim Militär zur Kühlung von Elektronik genutzt werden. Es gibt spezifische Spezifikationen wie VPX, VITA und SOSA, die die meisten Armeen verwenden.“
Aufgrund der Entwicklungen in der KI-Technologie werden Chips jedoch heißer als je zuvor.

„Viele Unternehmen nutzen heute Konduktionskühlung, aber mit KI und maschinellem Lernen werden wir erleben, dass es immer mehr wird. Sie werden nicht mehr in der Lage sein, Elektronik nur mit Konduktionskühlung zu kühlen. Sie müssen etwas anderes finden, wie z. B. Flüssigkeiten, und wir bieten unseren Kunden diesen Service bereits heute an.“

Obwohl Menschen seit Jahren Flüssigkeitskühlung für Heimcomputer verwenden, bemerkt Riker, müssen Systeme für den militärischen Einsatz widerstandsfähig sein: „An dieser Stelle bieten einige der neuen Spezifikationen, wie VITA 48.4, die Grundlage dafür, und wir haben diese Spezifikation verwendet, um einige unserer eigenen Produkte zur Lösung dieses Problems herzustellen, Flüssigkeitskühlung in einer widerstandsfähigen Umgebung.“

Kühlung auf Chip-Ebene – ein neuer Horizont

Riker erklärt, dass der nächste Schritt der Kühltechnologie für KI anders ausfallen muss. „Ich sehe, dass KI die Datenhistorie revolutioniert und tatsächlich vom Militär übernommen wird. Die Prozessorleistung der nächsten Generation wird wirklich eine Herausforderung werden. Höhere Datenraten. Komplexere Softwareprogramme werden nötig werden, die für neue Systeme geschrieben werden, aber dennoch werden sich Größe, Gewicht und Leistung nicht ändern. Bei elektronischen Verpackungen wird Größe, Gewicht und Leistung weiterhin eine große Rolle spielen.
„Was wir uns jetzt ansehen, ist nicht nur Flüssigkeitskühlung, sondern auch Flüssigkeit auf dem Chip. Das ist anders als eine Platine in Aluminium zu verpacken. Jetzt haben Sie ein Gerät, das auf Chip-Ebene kühlt. Und das ist für uns als Unternehmen die nächste echte Grenze.“