xMEMS lance un circuit de refroidissement solide miniature pour les lunettes intelligentes

xMEMS Labs a introduit le XMC-1200, un ventilateur micro solide conçu pour résoudre l’un des obstacles les plus persistants auxquels sont confrontées les lunettes intelligentes, à savoir le refroidissement, sans rendre les montures plus lourdes, plus épaisses ou plus bruyantes.

La société de semiconducteurs basée à Santa Clara décrit le XMC-1200 comme le plus petit ventilateur micro actif au monde. Avec une empreinte de 46 millimètres carrés et une consommation d’énergie typique d’environ 70 milliwatts lorsqu’il est associé au circuit intégré spécifique à l’application Astra2 de la société, le circuit est suffisamment petit pour être intégré dans les branches des lunettes de réalité augmentée (AR), de réalité étendue (XR) et de lunettes alimentées par l’IA.

Sous une charge thermique d’un watt, xMEMS affirme que le système peut réduire les températures de jusqu’à 10°C. Des échantillons d’ingénierie sont maintenant disponibles sous accord de non-divulgation aux fabricants et aux partenaires technologiques qualifiés, avec une prévision de disponibilité pour la production pour le quatrième trimestre 2027. Les lunettes intelligentes rencontrent un problème de chaleur

Les lunettes intelligentes évoluent progressivement d’accessoires de caméra et d’audio relativement simples en plates-formes de calcul compactes capables d’exécuter la vision par ordinateur, la traduction en temps réel, les assistants multimodaux, la navigation et les affichages haute résolution.

Ces capacités nécessitent des processeurs de plus en plus puissants, des capteurs d’image, des composants de connectivité et des moteurs de lumière. Chacun produit de la chaleur à l’intérieur d’un appareil qui doit rester léger, silencieux et confortable contre la peau du porteur.

Les systèmes de refroidissement passif traditionnels, y compris les feuilles de graphite, les pads thermiques, les dissipateurs thermiques et les chambres à vapeur, peuvent répartir la chaleur dans un appareil. Cependant, ils ne peuvent pas créer d’écoulement d’air. Dans les enveloppes hermétiquement fermées, la chaleur peut être piégée autour des processeurs et d’autres composants, ce qui peut finalement forcer l’appareil à réduire les performances ou à transférer des températures inconfortables à la monture. Les contraintes thermiques peuvent affecter plusieurs aspects de l’expérience utilisateur. Les processeurs peuvent réduire leur vitesse d’horloge pendant les charges de travail d’IA prolongées, les caméras peuvent imposer des limites d’enregistrement et les affichages peuvent réduire leur luminosité pour contrôler les températures. La chaleur générée à l’intérieur d’une branche de lunettes peut également rendre les lunettes inconfortables pendant une utilisation prolongée.

Un ventilateur micro construit à l’aide de la technologie des semiconducteurs

Le XMC-1200 ne ressemble pas aux petits ventilateurs rotatifs trouvés dans les ordinateurs portables ou d’autres appareils électroniques grand public. Au lieu de cela, il est fabriqué à partir de silicium en utilisant la plate-forme de systèmes microélectromécaniques piézoélectriques (piezoMEMS) de xMEMS.

Lorsqu’une tension est appliquée à un film piézoélectrique mince, le matériau se dilate et se contracte à des fréquences ultrasonores. Ce mouvement entraîne des membranes microscopiques qui génèrent des impulsions d’air continues à travers des structures de valve de précision. L’écoulement d’air résultant peut être dirigé vers un processeur, un moteur d’affichage, un capteur ou une autre source de chaleur concentrée. Cette architecture évite les moteurs rotatifs et les roulements utilisés dans les ventilateurs conventionnels. Cela permet au dispositif de refroidissement de fonctionner dans un paquet d’environ un millimètre d’épaisseur tout en réduisant la complexité mécanique, le bruit audible et les vibrations.

Le XMC-1200 peut délivrer un débit d’air allant jusqu’à 10 centimètres cubes par seconde et une pression de retour allant jusqu’à 1 100 pascals, selon les spécifications actuelles du produit de la société. Il est également classé IP68 pour la résistance à la poussière et à l’eau, une considération importante pour les appareils électroniques destinés à être portés tout au long de la journée. Au lieu de remplacer les dissipateurs thermiques ou d’autres composants passifs, le circuit est destiné à les compléter. L’écoulement d’air actif perturbe la couche d’air chaud stagnant qui entoure un composant chaud, permettant à la chaleur de se déplacer plus efficacement dans la structure thermique plus large de l’appareil.

Refroidissement ciblé pour les affichages, les processeurs et les caméras

Une application potentielle est le refroidissement des moteurs de lumière utilisés dans les affichages AR et XR.

Les systèmes de diodes électroluminescentes microaffichages et les systèmes à base de laser peuvent subir des changements de longueur d’onde et de sortie à mesure que leur température augmente. Ces changements peuvent contribuer à des décalages de couleur, à une luminosité réduite ou à une qualité d’image incohérente pendant une utilisation prolongée. Un écoulement d’air ciblé pourrait aider à maintenir ces composants dans une plage de fonctionnement plus stable.

Le refroidissement des processeurs présente un autre cas d’utilisation. La traduction en temps réel, l’interaction vocale, la reconnaissance visuelle et l’inférence d’IA sur appareil nécessitent des performances de calcul soutenues plutôt que des rafales de traitement. Sans marge thermique suffisante, un système sur puce peut rapidement réduire sa vitesse d’horloge pour éviter la surchauffe.

Les lunettes équipées de caméras sont confrontées à des contraintes similaires. Les capteurs d’image haute résolution, les encodeurs vidéo et les connexions sans fil génèrent de la chaleur simultanément pendant l’enregistrement. Un refroidissement actif à proximité de ces composants pourrait permettre aux fabricants de prendre en charge des sessions d’enregistrement plus longues sans augmenter considérablement la taille du cadre.

La même technologie peut également aider les fabricants à contrôler la température externe des lunettes. En éloignant la chaleur des composants électroniques avant qu’elle n’atteigne la surface d’une branche de lunettes, les appareils peuvent devenir plus confortables pendant une utilisation prolongée.

Élargir le portefeuille de refroidissement µCooling

Le XMC-1200 est le plus petit membre d’un portefeuille de refroidissement actif plus large en cours de développement par xMEMS.

Le XMC-2400 de la société est conçu pour des applications à plus haute puissance, notamment les lunettes XR, les disques d’état solide personnels et d’autres systèmes d’IA de pointe. Ses spécifications actuelles incluent un débit d’air allant jusqu’à 28 centimètres cubes par seconde et une consommation d’énergie typique d’environ 150 milliwatts.

Un modèle XMC-4800 plus grand cible les smartphones, les systèmes de stockage de centre de données et d’autres applications nécessitant un débit d’air plus important. La société liste ce produit pour un débit d’air allant jusqu’à 48 centimètres cubes par seconde, avec une consommation d’énergie typique d’environ 240 milliwatts. ecte une stratégie plus large consistant à appliquer les techniques de fabrication de semiconducteurs à la gestion thermique dans différentes catégories d’appareils. Au lieu d’utiliser une conception de ventilateur pour chaque produit, les fabricants pourraient potentiellement sélectionner des circuits en fonction de la taille de l’enveloppe, de la puissance disponible, des exigences de débit d’air et de l’emplacement des points chaud individuels.

Fondée en 2018, xMEMS s’est initialement concentrée sur les haut-parleurs solides MEMS pour les écouteurs, les montres intelligentes, les casques et les lunettes. La société a depuis étendu la même plate-forme de base de piezoMEMS à la gestion thermique et déclare détenir plus de 300 brevets accordés dans le monde entier. cial L’adoption commerciale dépendra des performances au niveau du système

Rendre un composant de refroidissement suffisamment petit pour les lunettes intelligentes n’est qu’une partie du défi d’ingénierie.

Les fabricants devront déterminer comment l’écoulement d’air doit se déplacer à travers les cadres qui peuvent être scellés contre l’humidité et la poussière. Ils devront également évaluer comment le circuit de refroidissement affecte la durée de vie de la batterie, le placement des composants internes, les performances acoustiques, la durabilité et les températures extérieures.

Les exigences de puissance relativement faibles du XMC-1200 pourraient le rendre adapté à une exploitation sélective. Un appareil pourrait activer le refroidissement uniquement pendant l’enregistrement vidéo, l’inférence d’IA exigeante, la luminosité d’affichage élevée ou d’autres charges de travail prolongées, plutôt que de faire fonctionner le circuit en continu.

Le calendrier de production plus long indique également que la technologie est encore à un stade précoce. Bien que des échantillons d’ingénierie soient disponibles, les appareils grand public utilisant le XMC-1200 sont peu susceptibles d’apparaître avant que les fabricants n’aient terminé des tests exhaustifs et n’aient intégré le circuit dans les conceptions de matériel futures.

Le XMC-2400 plus grand est déjà entré en production de masse et prend en charge les premiers déploiements de lunettes de la société, offrant aux fabricants une option actuellement disponible pour les conceptions avec plus d’espace ou des charges thermiques plus élevées.

Le refroidissement actif pourrait redéfinir l’IA portable

Les lunettes intelligentes ont traditionnellement été conçues autour de limites thermiques strictes. Les fabricants ont géré ces limites grâce à des restrictions logicielles, des charges de travail intermittentes, une luminosité d’affichage réduite ou des performances de processeur conservatrices.

Le refroidissement actif à l’échelle microscopique crée une autre option. Au lieu de concevoir chaque fonctionnalité autour d’un plafond de chaleur fixe, les appareils portables futurs pourraient supprimer dynamiquement la chaleur pendant les tâches exigeantes et revenir à une exploitation passive lorsque les charges de travail diminuent.

Cela pourrait prendre en charge des sessions d’enregistrement plus longues, une qualité d’affichage plus cohérente et des fonctionnalités d’IA qui fonctionnent en continu plutôt que par à-coups. Cela pourrait également permettre à davantage de traitement de rester sur l’appareil, réduisant ainsi la dépendance à l’égard des smartphones ou des infrastructures cloud.

La signification plus large va au-delà d’un seul circuit de refroidissement. À mesure que les ordinateurs portables deviennent plus capables, la gestion thermique influencera de plus en plus les expériences d’IA qui peuvent fonctionner de manière fiable à l’intérieur des appareils suffisamment légers pour être portés tout au long de la journée.