Elektronische oorlogvoering: de SWaP footprint verminderen

Communicatieapparatuur moet snel kunnen worden ingezet en interoperabiliteit met bestaande platformen mogelijk maken, zelfs in de meest extreme omgevingen en terwijl nieuwe technologieën de elektronische componenten waaruit deze systemen bestaan kleiner en warmer maken.
De opkomst van AI, zowel in de gegevensverwerking als in de besluitvorming, verhoogt zowel het energieverbruik als de warmteopwekking van elektronica. Volgens Stephen Riker, Business Development Manager, Aerospace & Defense, nVent SCHROFF, creëert deze extra warmte vandaag de dag een van de grootste uitdagingen voor ingenieurs op het gebied van defensie-elektronica.

De uitdagingen van SWaP

"Het leger concentreert zich vandaag op drie belangrijke ontwikkelingspartners, op basis van grootte, gewicht en kracht – in het Engels afgekort als SWaP," zegt Riker. "Ingenieurs worden uitgedaagd om meer elektronica in een kleinere voetafdruk te plaatsen – meer verwerkingskracht in een kleinere verpakking.

"Het beschermen en koelen van deze elektronica is tegenwoordig een van de grootste uitdagingen voor elektronische verpakkingen en ingenieurs, en het zal alleen maar complexer worden als systemen als AI en machinelearning worden geïntroduceerd."
Riker legt uit dat deze nieuwe systemen enorme hoeveelheden rekenkracht zullen vergen om de vereiste geavanceerde functies uit te voeren: "De elektronica, de processors en de chips zelf worden kleiner en warmer. En als de voetafdruk van een chip kleiner wordt, wordt het moeilijker om warmte af te voeren."

Voor upgrades van het casco is bijvoorbeeld vaak een uitbreiding van de ruimte voor elektronica nodig, wat moeilijk is vanwege productiebeperkingen. Het elektronicapakket moet in dezelfde ruimte passen. En daar komt nog bij dat thermische koelsystemen op militaire voertuigen of vliegtuigen extreem robuust moeten zijn.
Het beschermen van technologie in ruwe omgevingen

nVent SCHROFF is al meer dan zes decennia pionier op het gebied van elektronische infrastructuur voor een breed scala aan toepassingen, waaronder C5ISR, PNT, radar en wapensystemen.
"nVent biedt een geweldige lijn producten die in alles met grote schokken en trillingen worden gebruikt, wat betekent dat ze in vliegtuigen, tanks en satellieten gaan. Er zijn enorm veel bedrijven die ons product gebruiken met grote schokken en trillingen en essentiële componenten die gekoeld moeten worden", zegt Riker.

Riker legt verder uit hoe producten van nVent SCHROFF werken in combinatie met de elektronica. "We hebben een productlijn die de warmte van de warme processor zelf afvoert naar een behuizing. Wij zijn de grootste producent ter wereld van producten voor het vasthouden van printplaten (PCB's), die niet alleen deze warme computersystemen op hun plaats houden, maar ook de warmte van die warme processor afvoeren naar een omgeving die deze koelt. We hebben het over conductiekoeling, geforceerde lucht en vloeistof. Dit zijn de drie manieren in het leger die ze gebruiken om elektronica te koelen. Er zijn specifieke specificaties, zoals VPX, VITA en SOSA, die de meeste legeronderdelen overnemen."
De ontwikkelingen in AI-technologie zorgen er echter voor dat chips warmer worden dan ooit tevoren.

"Veel bedrijven gebruiken tegenwoordig conductiekoeling, maar met AI en machinelearning zullen we dat zien groeien. Ze zullen niet langer in staat zijn om elektronica enkel met geleiding te koelen. Ze zullen naar iets anders moeten gaan, zoals vloeistof, en die service leveren we vandaag aan onze klanten."

Hoewel mensen al jaren vloeistofkoeling gebruiken in thuiscomputers, merkt Riker op dat systemen voor militair gebruik robuust moeten zijn: "Dat is waar sommige van de nieuwe specificaties, zoals VITA 48.4, je de basis daarvoor geven, en we hebben die specificatie gebruikt om met een aantal van onze eigen producten te komen die dat probleem oplossen – vloeistofkoeling in een robuuste omgeving."

Koeling op chipniveau – een nieuwe dimensie

Riker legt uit dat met AI de volgende stap van thermische koelingstechnologie anders zal moeten zijn. "Ik zie AI een revolutie teweegbrengen in de gegevensgeschiedenis en echt geadopteerd worden door het leger. De volgende generatie verwerkingskracht zal dit allemaal echt voeden. Snellere gegevenssnelheden. Er zullen complexere softwareprogramma's nodig zijn die geschreven zijn voor nieuwe systemen, maar de grootte, het gewicht en vermogen zullen niet veranderen. SWaP blijft een enorme overweging in elektronische verpakkingen.
"We kijken nu niet alleen naar vloeistofkoeling, maar ook naar vloeistof voor chips, wat anders is: in plaats van een kaart in aluminium te verpakken, heb je nu een apparaat dat afkoelt op het niveau van de chip. En dat is voor ons als bedrijf echt een nieuw bereik."