تقنية إدارة الحرارة بالجرافين تُمكّن وحدات كاميرا تسجيل الفيديو بدقة 8K

مع الانتشار الواسع لتقنية الفيديو فائق الوضوح، أصبحت دقة 8K مطلبًا رئيسيًا في مجالات مثل إنتاج الأفلام والتلفزيون، ومراقبة الأمن، والتفتيش الصناعي. ومع ذلك، يُشكل تسجيل الفيديو بدقة 8K تحديات كبيرة على أداء الأجهزة، وخاصةً الحرارة العالية الناتجة عن الرقائق تحت الأحمال العالية، والتي أصبحت نقطة ضعف رئيسية تُقيد استقرار وحدات الكاميرا وعمرها الافتراضي. وقد وفّر التطبيق الرائد لتقنية إدارة الحرارة بالجرافين حلاً لتحسين أداء دقة 8K. الكاميرات.

دقة 8K تعني ضرورة معالجة أكثر من 33 مليون بكسل من البيانات في الثانية، مما يُشكل طلبًا هائلًا على طاقة الحوسبة لكلٍّ من شريحة التحكم الرئيسية ومستشعر الصورة. على سبيل المثال، يُمكن لمستشعر سوني IMX435 المقترن بشريحة التحكم الرئيسية Rockchip RK3588 تحقيق دقة 8K بمعدل 30 إطارًا في الثانية وفك تشفيرها، مع استهلاك طاقة للشريحة يزيد عن 15 واط. لا تستطيع مواد تبديد الحرارة التقليدية (مثل مشتتات الحرارة المعدنية أو السيليكون) تبديد الحرارة بسرعة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الشريحة فوق 80 درجة مئوية، مما يؤدي إلى انخفاض التردد، وتجميد الصورة، وحتى تلف الأجهزة.

الجرافين، المعروف بـ"ملك المواد ثنائية الأبعاد"، يتميز بموصلية حرارية تصل إلى 5300 واط/متر·كلفن، أي ما يعادل 13 ضعفًا من النحاس و25 ضعفًا من الألومنيوم. وتُظهر أبحاث أجراها معهد علوم المواد بجامعة تشجيانغ أن "ورق الجرافين" المصنوع من مركب السيليكون والجرافين المُكربن يتميز بكفاءة تبديد حرارة أعلى بنسبة 273% من المواد العادية، مع انخفاض في درجة الحرارة يصل إلى 18.3 درجة مئوية لكل وحدة زمنية. هذه الخاصية تجعله خيارًا مثاليًا لتبديد حرارة الرقائق عالية الكثافة.

في وحدات الكاميرا 8K، تلعب حلول إدارة الحرارة الجرافينية دورًا من خلال الطرق التالية:

تصميم الطبقة الموحدة: يتم تثبيت فيلم الجرافين على سطح شريحة التحكم الرئيسية والمستشعر، مما يؤدي إلى توزيع الحرارة الساخنة المحلية بسرعة بالتساوي في جميع أنحاء الوحدة بأكملها.

التحسين: يتم استخدام هلام السيليكا الحراري لملء الفجوات الصغيرة بين الشريحة وهيكل تبديد الحرارة، مما يؤدي إلى القضاء على المقاومة الحرارية وتحسين كفاءة توصيل الحرارة.

تعزيز الحرارة: يتم معالجة طلاء الجرافين بالأشعة تحت الحمراء لتعزيز قدرة الوحدة على تبديد الحرارة إلى البيئة الخارجية.

إنتاج أفلام وتلفزيون احترافي: تستخدم كاميرا 8K 3D Cinema التي أطلقتها Apple مؤخرًا حلًا مشابهًا لتبديد الحرارة من خلال التصميم التعاوني لمستشعر Super 35 المزدوج ووحدة تبديد الحرارة من الجرافين، فإنها تحقق تسجيل فيديو 8K مستقرًا بزاوية 180 درجة، مع الحفاظ على خفة الجهاز.

مجال مراقبة الأمن: في البيئات المعقدة، كارتفاع درجات الحرارة والرطوبة، تضمن وحدة تبديد الحرارة المصنوعة من الجرافين تشغيل الكاميرا بثبات عند درجة حرارة 60 درجة مئوية لمدة 7 ساعات متواصلة. وبفضل خوارزميات الذكاء الاصطناعي التي تضبط معدلات الإطارات ديناميكيًا، تُحسّن هذه الوحدة من توازن استهلاك الطاقة.

التفتيش الصناعي والتصوير الطبي: بعد تجهيزه بتقنية إدارة الحرارة بالجرافين، يمكن لمنظار 8K تحقيق تصوير عالي الإطار في مساحة ضيقة، مع تجنب مشاكل ضوضاء الصورة الناجمة عن ارتفاع درجة الحرارة، مما يحسن دقة الكشف.

بفضل الإنجازات التي حققتها مؤسسات مثل المركز الوطني لابتكار الفيديو عالي الدقة في تقنيات مثل 8 وحدات مضادة للاهتزاز والتفاعل بين جهازين، سيتم دمج تبريد الجرافين بشكل عميق مع تقنية الجيل الخامس والذكاء الاصطناعي، مما يؤدي إلى التطورات التالية:

تصميم مصغر: الطبيعة فائقة الرقة للجرافين (0.34 نانومتر فقط لطبقة واحدة) تجعل من الممكن إنشاء أجهزة 8K يمكن ارتداؤها.

وكفاءة الطاقة: إن تقليل استهلاك الطاقة للأجهزة وإطالة عمر البطارية يتماشى مع أهداف استراتيجية الحياد الكربوني.

التطبيقات عبر المجالات: بدءًا من الإلكترونيات الاستهلاكية وحتى مختلف المجالات، تعمل تقنية تبريد الجرافين على تسريع انتشارها في سيناريوهات أكثر دقة.

لا يقتصر تطبيق تقنية تبريد الجرافين على حل مشكلة تبديد الحرارة في وحدات كاميرات K فحسب، بل يفتح أيضًا آفاقًا جديدة في صناعة الفيديو فائق الدقة. ومع استمرار الابتكار في علم المواد وعمليات التصنيع، ستصبح هذه التقنية المحرك الأساسي لدفع الأجهزة البصرية الذكية نحو دقة أعلى واستهلاك أقل للطاقة.