Wojna elektroniczna: zmniejszenie SWaP

Sprzęt komunikacyjny musi być przystosowany do szybkiego wdrożenia i zapewniać interoperacyjność z istniejącymi platformami nawet w najbardziej ekstremalnych warunkach, nawet gdy w wyniku wdrażania nowych technologii komponenty elektroniczne tworzące te systemy stają się coraz mniejsze i gorętsze.
Rozwój sztucznej inteligencji, zarówno w obszarze przetwarzania danych, jak i podejmowania decyzji, zwiększa zarówno zużycie energii, jak i wytwarzanie ciepła przez układy elektroniczne. Jak zauważa Stephen Riker, menedżer ds. rozwoju biznesu w obszarze lotnictwa i obronności w nVent SCHROFF, to dodatkowe ciepło stanowi obecnie jedno z największych wyzwań dla inżynierów elektroniki do zastosowań obronnych.

Wyzwania SWaP

„Wojsko koncentruje się dziś na trzech głównych czynnikach rozwoju, opartych na wielkości, masie i mocy — czyli SWaP”, mówi Riker. Inżynierowie muszą umieścić więcej elektroniki na mniejszej powierzchni — czyli więcej mocy obliczeniowej na mniejszej przestrzeni.

Ochrona i chłodzenie tych urządzeń elektronicznych jest obecnie jednym z największych wyzwań stawianych obudowom urządzeń elektronicznych i inżynierom, a wraz z wdrażaniem rozwiązań takich jak AI i uczenie maszynowe będzie stawać się bardziej złożone.
Riker wyjaśnia, że te nowe systemy będą wymagać ogromnych mocy obliczeniowych do wykonywania zaawansowanych funkcji: „Elektronika, procesory, same mikroprocesory stają się coraz mniejsze i gorętsze. A kiedy zmniejsza się ilość miejsca na mikroprocesor, trudniej rozproszyć ciepło”.

Na przykład unowocześnienie płatowca często wymaga zwiększenia ilości miejsca na elektronikę, co jest trudne ze względu na ograniczenia produkcyjne. Pakiet elektroniki musi mieścić się w tej samej przestrzeni. I do tego wszystkiego systemy chłodzenia w pojazdach i samolotach wojskowych muszą być niezwykle wytrzymałe.
Ochrona technologii w trudnych warunkach

Firma nVent SCHROFF od ponad sześciu dekad jest pionierem w dziedzinie infrastruktury elektronicznej do szerokiego zakresu zastosowań, w tym systemów C5ISR, PNT, radarowych i uzbrojenia.
„Firma nVent dysponuje rozbudowaną ofertą doskonałych produktów, które są używane wszędzie, gdzie występują silne wstrząsy i drgania, dlatego trafiają do odrzutowców, czołgów i satelitów. Nasze produkty są wykorzystywane przez bardzo wiele firm do stosowania wszędzie tam, gdzie występują silne wstrząsy i drgania, a kluczowe komponenty muszą być schładzane” —, mówi Riker.

Riker szerzej przedstawia zakres działania produktów firmy nVent SCHROFF w połączeniu z elektroniką. „Mamy linię produktów, które odprowadzają ciepło bezpośrednio z gorącego procesora do obudowy. Jesteśmy największym na świecie wytwórcą produktów do mocowania płytek drukowanych (PCB), które nie tylko utrzymują te gorące zespoły komputerowe na miejscu, ale także odprowadzają ciepło z gorącego procesora do środowiska w celu odpowiedniego schładzania układu. Mówimy o chłodzeniu przewodnościowym, wymuszonym obiegu powietrza i cieczy. Używane są trzy sposoby chłodzenia elektroniki w zastosowaniach wojskowych. Istnieją konkretne specyfikacje, takie jak VPX, VITA i SOSA, używane w większości zastosowań wojskowych.
Jednak w wyniku rozwoju sztucznej inteligencji mikroprocesory są gorętsze niż kiedykolwiek wcześniej.

„Wiele firm korzysta dziś z chłodzenia przewodnościowego, ale dzięki sztucznej inteligencji i uczeniu maszynowemu zobaczymy ogromny rozwój tych technologii. Chłodzenie elektroniki tylko przewodnościowo nie będzie już możliwe. Konieczne będzie użycie innego rozwiązania, takiego jak płyn, a my już dzisiaj świadczymy tę usługę naszym klientom”.

Wielu ludzi od lat stosuje chłodzenie cieczą w komputerach domowych, ale do celów wojskowych takie systemy muszą zostać wzmocnione — zauważa Riker: „Umożliwiają to niektóre z nowych specyfikacji, takie jak VITA 48.4, a my wykorzystaliśmy tę specyfikację do zaoferowania pewnych naszych własnych produktów, które rozwiązują ten problem — chłodzeniem cieczą we wzmocnionym środowisku”.

Chłodzenie na poziomie mikroprocesorów — nowa granica

Riker wyjaśnia, że ze względu na AI będą musiały zostać wprowadzone nowocześniejsze technologie chłodzenia. „Widzę, że AI rewolucjonizuje historię danych i naprawdę znajduje swoje miejsce w wojsku. Nowa generacja mocy obliczeniowej przyniesie błyskawiczny i ogromny rozwój. Większa szybkość transmisji danych. Będą potrzebne bardziej złożone programy, napisane dla nowych systemów, ale nadal wielkość, masa i moc nie ulegną zmianie. SWaP będzie nadal ważnym czynnikiem przy tworzeniu obudów do układów elektronicznych.
„To, co teraz analizujemy, to nie tylko chłodzenie cieczą, ale użycie cieczy na mikroprocesorze, co jest nieco innym rozwiązaniem, ponieważ nie trzeba będzie używać aluminiowej płyty, a urządzenie będzie chłodzić się samo na poziomie mikroprocesora. I to jest, jak sądzę, kolejna granica dla naszej firmy”.