xMEMS begynder masseproduktion af solid-state-kølechips til AI-briller og datacenterhardware

Når man lægger mere AI-beregning ind i et par briller eller en smartphone, opstår der et problem, som hurtigere silicium alene ikke kan løse: Varmen skal ledes væk. xMEMS Labs sætter nu sin solid-state-mikrokølingsteknologi i masseproduktion med sigte på enheder, der er for tynde til en konventionel ventilator, samt små datacenterkomponenter, der har brug for luftstrøm tæt på et varmt punkt.

Virksomheden i Santa Clara oplyser, at produktionen af dens XMC-2400- og XMC-4800-µCooling-chips er begyndt. De første kommercielle produkter med XMC-2400 forventes i begyndelsen af 2027. Det adskiller produktionsmilepælen fra tilgængeligheden for forbrugerne: Masseproduktion af en komponent betyder ikke, at en færdig telefon, et headset eller en lagerenhed allerede er til salg.

De to chips er beregnet til forskellige termiske rammer. XMC-2400 er målrettet kompakte edge-enheder, herunder AI- og XR-briller samt personlige SSD’er. XMC-4800 leverer større luftstrøm til smartphones, enterprise-SSD’er og andre datacenterundersystemer med lavere effektforbrug.

Sådan flytter en solid-state-kølechip luft

Teknologien bruger xMEMS’ piezoMEMS-halvlederplatform til at skabe en styret luftstrøm uden roterende blade eller lejer. Virksomheden beskriver en arkitektur, der udelukkende består af silicium, og som kan flytte luft gennem smalle mikrokanaler og placeres tæt på processorer, hukommelse, lagercontrollere og andre varmeudviklende komponenter.

Virksomhedens tekniske oversigt forklarer mekanismen nærmere. Tyndfilm af piezoelektrisk materiale på silicium udvider sig og trækker sig sammen ved ultralydsfrekvenser. Mikroskopiske membraner og ventilrækker omdanner bevægelsen til luftpulser, mens kabinetter med åbninger i toppen eller siden leder luftstrømmen mod målet.

»Solid-state« beskriver altså fraværet af en traditionel ventilatorenhed med roterende dele, ikke fraværet af fysisk bevægelse. Luftstrømmen skabes af små vibrerende strukturer. Den forskel er vigtig, når enheden sammenlignes med passive materialer, som spreder varme, men ikke aktivt pumper luft.

Hvad produktionsspecifikationerne viser

Den medfølgende produktionsmeddelelse angiver følgende specifikationer, som også stemmer overens med den aktuelle produktside. Tallene for luftstrøm, modtryk og strømforbrug er leverandøroplysninger; de maksimale værdier skal ikke opfattes som en garanti for, at alle installerede systemer kan opnå dem samtidig.

Modtryk er relevant, fordi luften inde i et kompakt produkt kan skulle bevæge sig gennem en snæver passage. Et tal for luftstrømmen fortæller ikke i sig selv, hvor meget luft der når frem til det varme punkt, når chippen er integreret med kanaler, ventilationsåbninger og den omgivende hardware. Det samlede køleresultat afhænger af systemets udformning.

xMEMS oplyser, at kunder i test har opnået temperaturreduktioner på 10–25 °C på chip- og systemniveau i briller, smartphones og SSD’er. Meddelelsen identificerer ikke enhederne eller angiver en fælles testmetode, så tallene er eksempler på rapporterede resultater og ikke et generelt forventet temperaturfald.

Derfor er vedvarende ydeevne vigtig for edge-AI

Korte benchmarkmålinger og vedvarende arbejdsbelastninger kan give forskellige oplevelser. En enhed kan kortvarigt køre en krævende model ved høj hastighed og derefter sænke processorens klokfrekvens, efterhånden som varmen ophobes. I anvendelser som kontinuerlig billedbehandling eller assistance i realtid kan det være vigtigere at opretholde ydeevnen over tid end at opnå en højeste måling.

I sin hvidbog om termisk styring af edge-AI argumenterer xMEMS for, at smartphones, SSD’er og AI-briller står over for en fælles begrænsning: stigende beregningstæthed i kabinetter med meget lidt plads til køling. Virksomheden fremhæver aktiv mikrokøling som en måde at tilføje lokal konvektion ved siden af de eksisterende termiske strukturer.

Aktiv køling bruger også strøm. Det tekniske spørgsmål er, om den ekstra termiske kapacitet giver tilstrækkelige fordele til at retfærdiggøre strømforbruget, den plads, integrationen kræver, og omkostningerne. For briller skal designet også tage højde for, hvordan varmen når frem til overflader tæt på brugeren; at flytte luft nær en processor er ikke i sig selv nogen garanti for, at det færdige produkt er behageligt at have på.

Målrettet køling inde i datacenterhardware

Anvendelsen i datacentre handler om mere målrettet køling end afkøling af et helt AI-rack. xMEMS peger på SSD’er, lasermoduler, hukommelse, retimere og andre undersystemer som mål for lokal luftstrøm. I virksomhedens produktionsmeddelelse beskrives disse som komponenter, der kan have gavn af kølingen, selv om væskekøling i stigende grad koncentreres omkring højtydende CPU’er og GPU’er.

Teknologien kan dermed supplere større kølesystemer. En lille luftpumpe tæt på en lagercontroller løser et andet problem end at lede varme væk fra en stor accelerator. Begge tilganges succes afhænger af, at der findes en vej, som i sidste ende fører varmen ud af komponenten og ind i det omgivende kølesystem.

Fra demonstrationer til produkter, der kan fremstilles i stor skala

xMEMS introducerede første gang XMC-2400 i 2024. Produktionsmeddelelsen følger efter en periode med prøver og demonstrationer og føjer sig til virksomhedens bredere produktportefølje, herunder XMC-1200 til mindre komponenter i smartbriller. Vores tidligere omtale af xMEMS’ miniaturekøleteknologi beskrev denne separate produktlancering.

Mike Housholder, vicepræsident og daglig leder for xMEMS’ forretningsenhed for termisk styring, beskriver masseproduktion som et skridt på vejen mod at imødekomme kundernes efterspørgsel i stor skala. Virksomheden fremhæver også sin siliciumarkitektur som en mulig fremtidig vej til termiske løsninger, der pakkes sammen med edge-AI-processorer. Det er en udviklingsretning, ikke en produktegenskab, som denne meddelelse fastslår.

Den næste nyttige dokumentation kommer fra færdige systemer: vedvarende ydeevne, overfladetemperaturer, påvirkning af batteriet, pålidelighed og produktionsudbytte. Overgangen til produktion bringer mikrokøling videre end komponentdemonstrationer. Det bliver tydeligere, om teknologien ændrer de praktiske grænser for bærbare AI-enheder og kompakte lagringsløsninger, efterhånden som kunderne lancerer integrerede produkter.