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        破解5G基站散熱難題|諾基亞液冷5G基站減少能耗30%,大功率液冷散熱技術發展揭秘!
        發布時間:2021-04-28 16:21:04發布者: Tycooler 瀏覽量:542

        6月3日,諾基亞在芬蘭埃斯波宣布,其5G AirScale液冷基站解決方案已幫助芬蘭移動運營商Elisa將其基站的潛在能源費用減少了30%,并將二氧化碳排放量減少了約80%。這是商用5G液冷基站解決方案在全球首次部署,彰顯了諾基亞對可持續發展和應對氣候變化的堅定承諾。


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        NOKIA 液冷5G基站新聞稿截圖



        在減少能源與排放的同時,諾基亞表示,液冷基站運行安靜,無需維護。此外,與標準的主動式空調設備相比,體積最大減小50%,重量減輕30%。液冷技術為基站站點運營商節省了大量運行成本,并盡可能延長基站組件的使用壽命。


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        NOKIA 5G AirScale液冷基站


        據悉,諾基亞是在2018年12月10日于官網公布其成功部署全球首個5G液冷基站系統的信息。在2017年的MWC上,諾基亞就曾展示過貝爾實驗室的液冷基站技術。隨著無線技術從2G到5G不斷演進,基站功耗是4G時代的2-3倍,傳統風冷系統由于空氣的熱容量大約比水小4000倍,與液冷系統相比,傳統的空氣冷卻系統能效太低。因而,5G基站需要更先進的液冷系統。



        液冷散熱

         

        液冷散熱是一種適用于高功率電力電子設備,利用液態冷卻介質的大比熱容量特性,快速帶走設備熱量的冷卻技術。

         

        目前應用及開發重點包括單相液冷,兩相液冷,浸沒式液冷,噴淋液冷等。前面兩種液冷技術,冷卻工質沒有直接接觸電子器件,后面兩種液冷技術采用介電液體,直接接觸電子器件,冷卻效果最佳。

         

        單相液冷的冷卻液靠泵驅動,在槽道中流動帶走熱量,最常見的應用是水冷板,這是種較為成熟的技術。水冷板的成本主要集中在材料、流道成型及焊接。

         

        水冷板流道的拓撲設計以及簡易流道切槽封焊一體化制程是目前我們了解到的兩個前沿方向。

         

        流道拓撲設計,根據豐田公司研究人員的解釋,其目的是在散熱板中結合射流沖擊和基于優化后分支型冷卻流道的徑流,最終能在盡量減少壓降的情況下均勻地帶走大部分熱量,而不必要安裝大型泵增加冷卻液流量,造成能源浪費。

         

        下圖為豐田公司采用COMSOL Multiphysics ? 軟件進行仿真拓撲設計的液冷板原型。


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        左圖為帶有分層式微流道拓撲的鋁制散熱板原型;右圖為不帶拓撲結構的鋁制散熱板原型。


        現在,我們亦可以借助AI計算技術,開發出冷卻效率提升20%的拓撲設計流道液冷板。


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        Diabatix 公司借助AI驅動對液冷散熱器的流道進行拓撲設計。該設計針對均勻的表面溫度進行了優化。設計方法會自動考慮流量限制(流速,壓降),所用材料的熱特性和制造限制(如CNC銑削)。與傳統設計相比,同樣流量條件下,可實現高達20%的效率提升。

        水冷板簡易流道的一次性切槽封焊,詳見我們的另外一篇報道:Coreflow:TWI新型機加工技術,或引發水冷板產業革命

         

        下面,再簡單介紹下兩相液冷。兩相液冷是利用液態介質的蒸發潛熱(潛熱比單相顯熱要大得多),快速帶走熱量的一種高效冷卻技術。

         

        兩相液冷產品我們最熟知的是均溫板(Vapor Chamber),均溫板可以與冷排結合,做成內循環系統,液體回流不需要泵壓驅動,在蒸氣壓或重力或毛細力作用下,實現回流內循環(與安裝的位置緊密相關)。

         

        除了內循環兩相液冷,我們也可以添加一個功率并不大的磁力泵,實現泵送兩相冷卻系統。相比單相液冷,泵送兩相冷卻技術能帶來2倍的冷卻效率。


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        ACT公司的泵送兩相冷卻系統示意圖


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        泵送兩相冷卻系統的冷卻介質在熱源位置蒸發,蒸發潛熱快速帶走熱量(圖源:ACT)

         

        以上簡單介紹了非接觸式液冷冷卻技術,不管是單相液冷,還是兩相液冷,都需要冷板與管路等組成冷卻液循環系統。接觸式液冷,即浸沒式液冷,電路板電子部件直接浸泡在介電冷卻液內,是目前最為高效的冷卻技術。

         

        隨著5G高速基礎網絡建設的加速,5G基站,云計算、邊緣計算等數據中心的冷卻需求趨勢看漲,而高效快速冷卻,減小體積重量,方便部署,降低運維成本的散熱方案是業界關注的焦點。



         

        信息來源:諾基亞/豐田/ACT等,僅供行業交流!


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