Elektronisk krigföring: minska SWaP-fotavtrycket

Kommunikationsutrustning måste kunna distribueras snabbt och vara kompatibel med befintliga plattformar även i de mest extrema miljöer, och även om ny teknik gör de elektroniska komponenterna i systemen mindre och varmare.
Framväxten av AI, både inom databehandling och beslutsfattande, ökar både elektronikens energiförbrukning och värmeutveckling. Enligt Stephen Riker, affärsutvecklingschef inom Aerospace & Defense på nVent SCHROFF, innebär den här extra värmen en av dagens största utmaningar för ingenjörer inom försvarselektronik.

Utmaningarna med SWaP

”Militären fokuserar idag på tre huvudsakliga faktorer i utvecklingen, storlek, vikt och effekt”, säger Riker. ”Ingenjörerna måste placera mer elektronik i mindre utrymmen, mer processorkraft i ett mindre hölje.

Att skydda och kyla den här elektroniken är en av ingenjörernas största utmaningarna i dag när det gäller elektronikchassin, och den kommer bara växa när system som AI och maskininlärning börjar användas mer.”
Riker förklarar att de nya systemen kommer kräva enorma mängder beräkningskraft för att utföra de avancerade funktionerna: ”Elektroniken, processorerna och själva chipen blir mindre och varmare. Och när ett chip blir mindre blir det även svårare att avleda värmen.”

När flygplanshöljen uppgraderas krävs exempelvis ofta mer plats för elektroniken, vilket är svårt på grund av begränsningar i tillverkningen. Elektronikpaketet måste få plats i samma utrymme. Dessutom måste termiska kylsystem på militära fordon eller i flygplan vara extremt robusta.
Skydda teknik i krävande miljöer

nVent SCHROFF har varit ledande inom elektronisk infrastruktur för en mängd olika tillämpningar, som C5ISR, PNT, radar- och vapensystem, i mer än sex decennier.
”nVent har ett enormt sortiment med produkter som används där det förekommer kraftiga stötar och vibrationer, bland annat i jetflygplan, stridsvagnar och satelliter. Ett stort antal företag använder våra produkter, överallt där det förekommer kraftiga stötar och vibrationer och där viktiga komponenter behöver kylas”, säger Riker.

Riker förklarar hur nVent SCHROFFs produkter fungerar tillsammans med elektroniken. ”Vi har en serie produkter som avleder värme från själva processorn till ett hölje. Vi är världens största tillverkare av vad vi kallar retentionsprodukter för kretskort, som inte bara håller de här varma datorkomponenterna på plats utan även avleder värmen från den varma processorn till en miljö som kyler ned den. Vi pratar om ledningskylning, riktad luft och vätska. Det här är de tre alternativ som militären just nu använder till att kyla elektronik. Det finns specifikationer som VPX, VITA och SOSA, som de flesta militärer använder.”
Utvecklingen inom AI-teknik innebär dock att chipen är hetare än någonsin.

”Många av dagens företag använder ledningskylning, men med AI och maskininlärning kommer det här att utvecklas. De kommer inte längre kunna kyla elektroniken med enbart ledningskylning. De kommer att behöva ställa om till något annat, som vätskekylning, och vi erbjuder sådana tjänster till våra kunder redan i dag.”

Vätskekylning har använts i hemdatorer i flera år, påpekar Riker, men för militärt bruk måste systemen vara robustare: ”Det har kan du åstadkomma med några av de nya specifikationerna, som VITA 48.4, och vi har använt den specifikationen för att ta fram några av våra egna produkter som löser problemet – vätskekylning i krävande miljöer.”

Kylning på chipnivå – en ny gräns

Riker förklarar att med AI måste nästa steg inom termisk kylningsteknik vara annorlunda. ”Jag ser att AI revolutionerar databehandlingen och börjar används inom hela militären. Nästa generations processorkraft kommer behövas för att driva allt det här. Snabbare datahastigheter. Du kommer behöva mer komplexa program skrivna för nya system, men storlek, vikt och effekt kommer fortfarande vara viktiga faktorer, det kommer inte förändras. SWaP kommer fortsätta vara en viktig faktor att ta hänsyn till inom elektronikhöljen.
”Det vi tittar på nu är inte bara vätskekylning utan även vätska på chip, vilket är lite annorlunda. Snarare än att placera ett kort i aluminium har du nu en enhet som kyler på chipnivå. Det tror jag verkligen är nästa utvecklingsnivå för oss som företag.”