夏天滾燙的熱浪毫不留情地“普渡”眾生，讓人們只想一天24小時(shí)抱著空調(diào)度日，對冷氣難以企及的室外望而生畏。不過你吹著空調(diào)刷手機(jī)時(shí)，有沒有想過一個(gè)問題：平時(shí)手機(jī)連續(xù)大功率運(yùn)作幾個(gè)小時(shí)就會發(fā)熱燙手，可那些戶外基站要為我們24小時(shí)提供網(wǎng)絡(luò)信號，暴露在太陽的“毒打”下，它們會熱成什么樣？它們難道也像人和手機(jī)，可以舒舒服服地窩在空調(diào)房里？又或者，它們會不會像人一樣，一“怒”之下熱到想要“罷工”呢？
說到這，咱們就用簡單的初高中物理知識，來好好了解一下5G基站的散熱難題，以及當(dāng)前可行的基站降溫技術(shù)。能量守恒定律告訴我們，所有的能量都不會憑空產(chǎn)生或消失。電能和熱能可以互相轉(zhuǎn)化，比如初中所學(xué)的焦耳定律：Q=I2Rt，就是描述了電流通過電阻時(shí)產(chǎn)生的熱效應(yīng)，我們懶人必備的電飯鍋、電烤箱和烘干機(jī)也利用了這一原理。
隨著信息時(shí)代的來臨，人類對大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的需求越來越強(qiáng)，對網(wǎng)速的要求也越來越高，于是移動(dòng)通信技術(shù)、材料技術(shù)等一代代升級，智能設(shè)備的性能不斷提升。但正如強(qiáng)調(diào)過的能量守恒，高性能不會憑空而來，它需要大量的能量維持，我們目前生活最常用的就是電能；而一旦電流過大，設(shè)備溫度就會升高，會縮短設(shè)備使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)苯訜龎脑O(shè)備。小伙伴想必都有所體會：手機(jī)放著不玩可以待機(jī)好幾天，可一旦開始玩游戲、看電影，不僅電量降得快，而且手機(jī)也會發(fā)燙，輕則視頻卡頓，重則手機(jī)宕機(jī)。
來源：百度 當(dāng)人們窩在冰涼的空調(diào)房里“嗖嗖”上網(wǎng)時(shí)，可以想象5G基站卻在太陽底下被曬得“大腦嗡嗡”的情景。當(dāng)龐大的數(shù)據(jù)流量需求如海嘯般涌來，疊加對傳輸速率的高要求，以及5G使用的多天線技術(shù)使得計(jì)算功耗大幅增加，這就意味著5G基站會消耗大量的電量，換言之，也就會產(chǎn)生大量的熱量。如果無法及時(shí)散熱，不僅會降低基站工作效率，還容易因超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)而造成基站設(shè)備損壞、宕機(jī)斷網(wǎng)等現(xiàn)象。同時(shí)，出于信號傳輸要求，5G基站也往往建在空曠的山頂、野外或者樓頂，可謂直接暴露在太陽直射中。因此每當(dāng)夏季，5G基站“內(nèi)外受熱”，散熱難也越發(fā)嚴(yán)重。 來源：百度 這時(shí)你可能會說，簡單，我們給它物理降溫不就行了嗎？既然解決手機(jī)、電腦發(fā)熱可以外接風(fēng)扇或者用冰袋冰一冰，在5G基站里安裝大功率空調(diào)也不是難事吧？空調(diào)降溫確實(shí)是常用的一項(xiàng)辦法，不過這僅僅是治標(biāo)不治本，并且還多出了一項(xiàng)電力支出，讓基站耗電問題越發(fā)嚴(yán)重。有數(shù)據(jù)表明，5G單基站功耗是4G單基站的2.5-4倍，甚至在幾年前，還曾有媒體報(bào)道了這樣一則新聞：因?yàn)楹碾娏刻螅甙弘娰M(fèi)難以承受，某地曾在夜間部分時(shí)段休眠關(guān)閉部分5G基站。 來源：百度 比普通的空調(diào)降溫更高級一些的，是給基站用“液冷”。這是一種在航空航天領(lǐng)域常用的技術(shù)，主要是利用裝有冷卻液的散熱管去直接冷卻電子設(shè)備。與“吹冷風(fēng)”的空調(diào)相比，首先輸送液體比輸送風(fēng)更加容易，并且我們知道液體可以存儲和運(yùn)輸熱量，這些吸收了電熱的液體溫度升高后，可以用于供暖也可以將熱量散給室外；而當(dāng)失去熱量、溫度降低后，它們還可以重復(fù)使用，十分節(jié)能環(huán)保。此外，液冷也比風(fēng)冷更靠近熱源，能做到精準(zhǔn)冷卻。 以上“風(fēng)冷”和“液冷”都是出于“降低表面溫度”的考慮，但我們也可以從“加快散熱”這一角度出發(fā)，使用更能向外界傳遞熱量的器件。目前，5G基站主流使用的散熱器件都是“半固態(tài)壓鑄件+吹脹板”，它們不僅導(dǎo)熱率高、散熱速度快，還具備重量輕、外形美觀等優(yōu)勢，能幫助5G基站減輕自身重量，可謂“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合”。 來源：百度 接下來看看AAU的散熱方案都有哪些？AAU傳統(tǒng)散熱方案：1、降低芯片與外殼的溫差，采用高導(dǎo)熱界面材料和熱管；2、降低外殼表面溫度，增加設(shè)備的外殼體積，加大表面積；3、改善外殼溫度均勻性，采用鑄鋁加厚外殼。 在實(shí)際產(chǎn)品中，方案 1 的改善效果有限，當(dāng)外殼被太陽光暴曬時(shí)，其表面溫度可高達(dá)60℃至90℃。而很多芯片的Tc要求在90℃以內(nèi)，此時(shí)將無法滿足散熱要求；對于方案 2 和方案 3 ，通常產(chǎn)品的外觀尺寸和產(chǎn)品重量有一定的限制，不能隨意的增大。因此5G散熱將是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，需要更有效的散熱設(shè)計(jì)。 AAU基站新的散熱方案 基站內(nèi)部發(fā)熱模塊產(chǎn)生的熱量，會使密閉腔體內(nèi)的溫度升高，當(dāng)溫度一致后，再傳至外殼，通過空氣對流散熱。AAU散熱可以從新材料，新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及新的散熱方案入手。 （1）新的散熱方案，液冷散熱：散熱片連接的導(dǎo)熱管下方有特殊的散熱液體，其沸點(diǎn)比較低，吸收熱量后會蒸發(fā)為氣體到頂部，散發(fā)熱量后重新液化，回流至原來的地方，從而提高散熱效率。 （2）新材料：AAU除了內(nèi)部使用TIM、散熱材料及方案外，半固態(tài)壓鑄件具有重量輕和散熱性能好的優(yōu)勢，吹脹板具有熱傳導(dǎo)效率高、制冷速度快的優(yōu)勢，結(jié)合半固態(tài)壓鑄件和吹脹板的散熱器件有望大幅提升5G基站散熱價(jià)值量。 （3）新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：另外廠商在AAU散熱片結(jié)構(gòu)上通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)優(yōu)化整機(jī)體積重量，引入新工藝，在整機(jī)結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了輕量化。例如傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的散熱齒，下部熱量上部擴(kuò)散，造成散熱齒結(jié)構(gòu)上部溫度高，降低散熱效率，成為散熱瓶頸。中興通訊獨(dú)特的V齒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，改進(jìn)散熱氣流，使冷空氣正面進(jìn)兩側(cè)出，避免熱級聯(lián)，散熱提升20%，成為業(yè)界首創(chuàng)。 來源：公開資料 最后，前段時(shí)間一度成為各大平臺頭條的超導(dǎo)材料LK99如果能得到證實(shí)，那么就可以一勞永逸解決5G基站乃至所有電子設(shè)備的散熱問題。從理論來說，電流通過超導(dǎo)體材料時(shí)，不會損失任何電能且不會產(chǎn)生任何熱量，因此它是人們理想中的集高效利用與節(jié)能環(huán)保于一身的完美材料。然而受限于技術(shù)難題，雖然有許多構(gòu)想和設(shè)計(jì)成果發(fā)表于權(quán)威學(xué)術(shù)雜志，但距離“超導(dǎo)二極管”的大規(guī)模應(yīng)用，我們還有很長一段路要走。所以，每當(dāng)你透過窗戶望向陽光灼熱的室外，請不要忘記感謝兢兢業(yè)業(yè)戶外“站崗”的5G基站——正是它們?nèi)諒?fù)一日忍耐著高溫，才有了我們在空調(diào)房中如水般絲滑的網(wǎng)上沖浪。
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