Elektronische Kriegsführung: Verkleinerung des SWaP-Fußabdrucks

Kommunikationsgeräte müssen schnell einsatzfähig sein und die Interoperabilität mit bestehenden Plattformen auch in den extremsten Umgebungen gewährleisten, selbst wenn die elektronischen Komponenten, aus denen diese Systeme bestehen, durch neue Technologien immer kleiner und heißer werden.
Der Aufstieg der KI, sowohl bei der Datenverarbeitung als auch bei der Entscheidungsfindung, erhöht den Stromverbrauch und damit die Wärmeentwicklung der Elektronik. Laut Stephen Riker, Business Development Manager, Luft- und Raumfahrt und Verteidigung, nVent SCHROFF, stellt diese zusätzliche Wärme eine der größten Herausforderungen für Ingenieure der Verteidigungselektronik dar.

Die Herausforderungen von SWaP

„Das Militär konzentriert sich heute auf drei Hauptentwicklungsfaktoren, nämlich um Größe, Gewicht und Leistung, kurz SWaP“, erklärt Riker. „Die Ingenieure stehen vor der Herausforderung, mehr Elektronik auf kleinerem Raum unterzubringen – mehr Rechenleistung auf kleinerem Raum.

Der Schutz und die Kühlung dieser Elektronik ist heute eine der größten Herausforderungen für Electronic-Packaging und die Techniker, und sie wird mit der Einführung von Systemen wie KI und maschinellem Lernen nur noch komplexer.“
Riker erklärt, dass diese neuen Systeme enorme Mengen an Rechenleistung benötigen werden, um die erforderlichen hoch entwickelten Funktionen auszuführen: „Die Elektronik, die Prozessoren, die Chips selbst, werden immer kleiner und heißer. Und wenn die Abmessungen eines Chips kleiner werden, wird es auch schwieriger, die Wärme abzuleiten.“

Zum Beispiel erfordern Aufrüstungen der Flugzeugzelle oft eine Erweiterung des Platzes für die Elektronik, was aufgrund von Fertigungsbeschränkungen schwierig ist. Das Elektronikpaket muss in denselben Raum passen. Hinzu kommt, dass thermische Kühlsysteme in militärischen Fahrzeugen oder Flugzeugen extrem robust sein müssen.
Schutz der Technologie in rauen Umgebungen

nVent SCHROFF leistet seit mehr als sechs Jahrzehnten Pionierarbeit bei der Entwicklung elektronischer Infrastrukturen für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter C5ISR, PNT-, Radar- und Waffensysteme.
„nVent bietet eine breite Palette an Produkten, die in allen Bereichen mit starken Erschütterungen und Vibrationen eingesetzt werden, d. h. in Jets, Panzern und Satelliten. Es gibt eine riesige Anzahl von Unternehmen, die unsere Produkte verwenden, und zwar überall dort, wo starke Erschütterungen und Vibrationen auftreten und kritische Komponenten gekühlt werden müssen“, meint Riker.

Riker erläutert, wie die Produkte von nVent SCHROFF in Verbindung mit der Elektronik funktionieren. „Wir haben eine Reihe von Produkten, die die Wärme vom heißen Prozessor selbst in ein Gehäuse ableiten. Wir sind der weltweit größte Hersteller von Produkten, die wir als Leiterplattenhalterung bezeichnen und die nicht nur die heißen Computerbaugruppen sicher an ihrem Platz halten, sondern auch die Wärme des heißen Prozessors in eine Umgebung ableiten, die ihn kühlt. Wir sprechen von Konduktionskühlung, forcierter Luft- und Flüssigkeitskühlung. Dies sind die drei Verfahren, die das Militär derzeit zur Kühlung von Elektronik einsetzt. Es gibt besondere Spezifikationen, wie VPX, VITA und SOSA, die für die meisten Militäreinheiten gelten.“
Die Entwicklungen in der KI-Technologie bedeuten jedoch, dass die Chips heute immer heißer laufen.

„Viele Unternehmen setzen derzeit bereits auf Konduktionskühlung, aber mit KI und maschinellem Lernen wird dies zunehmen. Sie werden nicht mehr in der Lage sein, Elektronik nur durch Wärmeableitung zu kühlen. Sie müssen auf etwas anderes zurückgreifen, z. B. auf Flüssigkeit, und diesen Service bieten wir unseren Kunden schon heute an.“

Riker merkt an, dass Flüssigkühlung in Heimcomputern zwar schon seit Jahren verwendet wird, die Systeme für den militärischen Einsatz aber besonders robust ausgelegt sein müssen: „Einige der neuen Spezifikationen, wie z. B. VITA 48.4, bieten die Grundlage dafür. Wir haben diese Spezifikation genutzt, um einige unserer eigenen Produkte zu entwickeln, die dieses Problem lösen – Flüssigkeitskühlung in einer robusten Umgebung.“

Kühlung auf Chipebene – die neue Realität

Riker führt aus, dass mit der KI der nächste Schritt der thermischen Kühltechnologie anders aussehen muss. „Ich sehe, dass KI die Geschichte der Daten revolutioniert und wirklich im gesamten Militär eingesetzt wird. Die Rechenleistung der nächsten Generation wird das alles erst richtig in Schwung bringen. Schnellere Datenübertragungsraten. Sie werden komplexere Softwareprogramme benötigen, die für neue Systeme geschrieben werden, aber an Größe, Gewicht und Leistung wird sich nichts ändern. SWaP wird bei Elektronikpackungen auch in Zukunft eine große Rolle spielen.
„Was wir jetzt sehen, ist nicht nur eine Flüssigkeitskühlung, sondern eine Flüssigkeit auf dem Chip, was etwas anders ist. Anstatt eine Platine in Aluminium zu verpacken, haben Sie jetzt ein Gerät, das auf Chipebene kühlt. Und ich denke, das ist wirklich die nächste Entwicklungsstufe für uns als Unternehmen.“