Af hverju kæling er ein af stærstu áskorunum fyrir geimgagnaver

Þar sem gervigreind heldur áfram að auka tölvueftirspurn eykst áhugi á -geimgagnamiðstöðvum hratt. Nokkur geimferðafyrirtæki og tæknistofnanir eru nú þegar að kanna reiknikerfi sem gætu unnið úr gögnum beint í geimnum í stað þess að treysta alfarið á jörðina-innviði.

Einn stærsti kostur geimgagnavera er orkuframboð. Í sporbraut geta gervitungl stöðugt uppskera sólarorku án þess að vera háð hefðbundnum raforkunetum. Þetta gæti dregið verulega úr-orkukostnaði stórra-tölvukerfa til lengri tíma.

Hins vegar er mun flóknara að byggja geimgagnaver en einfaldlega að koma netþjónum á sporbraut.

Hár skotkostnaður, takmarkaður líftími gervihnatta, erfitt viðhald, geislunaráhrif og hitastjórnun eru öll helstu verkfræðileg áskoranir.

Meðal þeirra gæti kæling orðið ein mikilvægasta takmörkunin fyrir framtíðar svigrúm tölvukerfi.

Rýmið er kalt - En kæling í geimnum er afar erfið

Margir gera ráð fyrir að kælibúnaður í geimnum ætti að vera auðveldur vegna þess að geimurinn sjálft er mjög kalt.

Í raun er hitaleiðni í geimnum mun erfiðari en á jörðinni.

Hefðbundin gagnaver reiða sig aðallega á loftkælingu og þvinguð-loftkælikerfi. Viftur flytja loft yfir örgjörva, GPU og gervigreindarhraða til að fjarlægja hita sem myndast við notkun.

En í geimnum er engin lofthjúpur og engin lofthreyfing.

Án lofts verður convection kæling ómöguleg.

Þetta þýðir:

* Hefðbundin viftukæling getur ekki virkað

* Loft-kældir hitaköllur verða óvirkir

* Hiti getur ekki náttúrulega dreift út í umhverfið

Þar sem gervigreindarflögur halda áfram að aukast í aflþéttleika, verður hitastjórnun ein stærsta verkfræðilega áskorunin í svigrúmatölvukerfum.

Án skilvirkrar kælingar gætu-afkastamiklir örgjörvar fljótt ofhitnað, dregið úr áreiðanleika eða jafnvel valdið varanlegum skemmdum.

Hvernig geimgagnaver stjórna hita

Vegna þess að varmakæling getur ekki virkað í lofttæmu umhverfi, treysta geimvarmastjórnunarkerfi aðallega á þremur stigum:

* Hitasöfnun á flísstigi

* Innri hitaflutningur í gegnum hitastýrikerfi

* Endanleg hitahöfnun með geislun út í djúpt rými

Þessi tegund af fjölþrepa varmaarkitektúr er nú þegar mikið notuð í gervihnöttum, geimförum og geimstöðvum.

Chip-Level Thermal Collection

Fyrsta skrefið er að fjarlægja hita beint úr flísinni sjálfri.

Nútíma gervigreindir örgjörvar og-afkastamikil tölvukubbar geta framleitt afar mikið hitaflæði, sem stundum nær hundruðum wötta á hvern fersentimetra.

Ef þessi hiti er ekki fluttur í burtu hratt getur hitastig flísanna hækkað hratt og skemmt viðkvæma rafeindaíhluti.

Til að draga úr hitauppstreymi milli flísarinnar og kælibyggingarinnar nota varmakerfi í geimferðum oft há-hitaviðmótsefni (TIM), þar á meðal:

- grafít-efni

- fljótandi málmsambönd

- hitapúðar úr bórnítríði

- varma efni úr koltrefjum

Þessi efni hjálpa til við að fylla smásæ eyður á milli rafeindaíhluta og kælieiningar, og bæta hitaleiðni.

Í mörgum geimferðum eru gufuhólf einnig notuð til að dreifa hita hratt frá staðbundnum heitum reitum.

Agufuhólfvinnur í gegnum fasa-varmaflutning, sem gerir hita kleift að dreifa sér mun hraðar en hefðbundin leiðni í föstu málmi.

Fyrir mjög háan hitaþéttleika, innbyggð örrásfljótandi kælingueinnig hægt að nota. Í þessari hönnun flæðir kælivökvi í gegnum litlar innri rásir til að fjarlægja hita beint frá hitagjafanum.

Hins vegar,fljótandi kælinguí geimnum kynnir viðbótarverkfræðiáskoranir:

* kælivökva frystir við lágt hitastig

* Vökvahegðun við örþyngdaraðstæður

* þéttingaráreiðanleiki

* efnisþensla sem stafar af miklum hitamun

Þessir þættir krefjast mun strangari varma- og byggingarhönnunar samanborið við kælikerfi á landi.

Innri hitaflutningskerfi

Eftir að hita er safnað frá rafeindahlutum verður að flytja hann á skilvirkan hátt til ytri ofna.

Fyrir meðal- og langa-varmaflutning innan geimfara eru hitapípur og lykkjuhitapípur (LHP) meðal mest notuðu tækni.

Hitapípurnotaðu fasabreytingu vinnuvökva - uppgufun og þéttingu - til að flytja hita með einstaklega mikilli skilvirkni.

Í samanburði við hefðbundna leiðni úr föstu málmi veita hitapípur:

* framúrskarandi hitaflutningsgeta

* langa-hitaflutningur

* góð hitastig einsleitni

* óvirk aðgerð án viðbótarorkunotkunar

Lykkjuhitapípur eru sérstaklega mikilvægar í geimferðum vegna þess að þær geta flutt mikið hitaálag yfir langar vegalengdir á meðan þær eru mjög áreiðanlegar.

Önnur háþróuð tækni er hitapípa með breytilegri leiðni (VCHP), sem setur ó-þéttanlegt gas inn í kerfið til að stjórna hitauppstreymi sjálfkrafa við breytilegar varmaaðstæður.

Hins vegar er óvirk hitastýring ein og sér venjulega ófullnægjandi fyrir stór-geimtölvukerfi.

Þar sem hitauppstreymi heldur áfram að aukast verður virk kælitækni nauðsynleg.

Ein af þroskuðustu virku varmastjórnunarlausnunum er Mechanical Pump Fluid Loop (MPFL).

Í MPFL kerfi dreifa vélrænar dælur kælivökva í gegnum kaldar plötur sem festar eru við rafeindabúnað. Kælivökvinn gleypir varma frá dreifðum hitagjöfum og flytur hann til ytri ofnakerfa.

Þessi tækni hefur þegar verið notuð í mörgum geimferðaáætlunum vegna sterkrar stjórnunar og stöðugrar hitauppstreymis.

Geislakæling: Lokaskrefið

Í geimnum byggist lokastig hitaleiðni algjörlega á varmageislun.

Ólíkt -kælikerfi á jörðu geta geimfar ekki losað hita út í loftið í kring. Þess í stað verður varmi að berast út í djúpt rými í formi innrauðrar geislunar.

Þetta er ástæðan fyrir því að ofnplötur eru mikilvægir hlutir í hitastjórnunarkerfum geimfara.

Geimofn virkar nokkuð svipað og sólarrafhlaða í útliti, en í stað þess að safna sólarorku losar hann varmaorku.

Kælivirkni ofnsins fer aðallega eftir:

* yfirborð ofn

* yfirborðshiti

* losun húðunar

* frásogseinkenni sólar

Til að bæta skilvirkni varmageislunar nota loftgeimofnar oft húðun með mikilli-geislun og efni með litlum sólargleypni.

Sum háþróað efni sem nú er verið að rannsaka eru:

* kolefni nanórör húðun

* Ljósmyndandi kristalfilmur

* annað-yfirborðsspegilefni

Þessi tækni hjálpar ofnum að gefa frá sér hita á skilvirkan hátt en dregur úr óæskilegri sólarhitun.

Vegna þess að stærri ofnfletir veita meiri kæligetu, er almennt notað til að dreifa ofnvirkjum. Við sjósetningu er ofninn áfram samanbrotinn til að spara pláss. Þegar það er komið á sporbraut stækkar það til að auka hitahöfnunarsvæðið.

Hins vegar er hitastjórnun í geimnum ekki alltaf einföld.

Þegar geimfar standa frammi fyrir beinu sólarljósi geta ofnaplötur tekið í sig hita í stað þess að hafna honum. Í skuggasvæðum getur hitastig lækkað verulega.

Þar af leiðandi verða varmakerfi loftrýmis að stjórna stefnu ofna, einangrunarhönnun og varmastjórnunaraðferðum vandlega til að viðhalda stöðugu rekstrarhitastigi.

Sum háþróuð geimför nota meira að segja aðlagandi ofnakerfi með hreyfanlegum hlífum eða snjöllum efnum sem stilla hitauppstreymi sjálfkrafa við breyttar umhverfisaðstæður.

Aerospace varma hönnun krefst nákvæmni framleiðslu

Hjá AWIND höfum við einnig tekið þátt í-geimtengdum varmastjórnunarverkefnum sem fela í sér kælivirki úr áli ásamtgufuhólfatækni.

Á svæðum með mikla hitaflæði,gufuhólferu staðsettir beint nálægt hitagjafanum til að gleypa og dreifa hita hratt yfir bygginguna.

Í stað þess að treysta á einngufuhólf, hægt er að samþætta mörg gufuhólf í gegnum hitauppbygginguna, sem gerir kleift að kæla nokkra hitagjafa samtímis.

Álgrunnbyggingin er framleidd með nákvæmni CNC vinnslu og aukavinnslu til að tryggja flatneskju, burðarstöðugleika og hitauppstreymi.

Fyrir fluggeimforrit er víddarnákvæmni afar mikilvæg þar sem jafnvel lítil frávik geta haft áhrif á hitauppstreymi og langtímaáreiðanleika-.

Til að viðhalda nákvæmni í framleiðslu eru mikilvægar stærðir sannreyndar með CMM skoðunarbúnaði í gegnum framleiðsluferlið.

Þar sem tölvuþéttleiki heldur áfram að aukast í bæði jarðbundnum og sporbrautarkerfum, mun háþróuð varmastjórnunartækni eins og gufuhólf, kaldar plötur, hitapípur og fljótandi kælikerfi verða sífellt mikilvægari í innviðum geimferða í framtíðinni.

Niðurstaða

Geimgagnaver gætu á endanum orðið hluti af framtíðar gervigreindartölvuiðnaðinum, sérstaklega þar sem alþjóðleg eftirspurn eftir tölvuafli heldur áfram að aukast.

Þó að sólarorka veiti hugsanlega lausn fyrir orkuframleiðslu á sporbraut, er hitastjórnun enn ein stærsta verkfræðilega hindrunin.

Vegna þess að convection kæling er ómöguleg í lofttæmu umhverfi munu framtíðar geimtölvukerfi reiða sig að miklu leyti á háþróaða hitaleiðni, vökvakælingu, hitapíputækni og geislunarvarmastjórnunarkerfi.

Eftir því sem rafeindatækni í geimferðum heldur áfram að þróast í átt að meiri aflþéttleika og smærri formþáttum mun varmaverkfræði gegna sífellt mikilvægara hlutverki við að tryggja áreiðanleika, stöðugleika og langtíma-afköst í geimumhverfi.