xMEMS、スマートグラス向け小型ソリッドステートクーリングチップを発売

xMEMS Labsは、XMC-1200を導入しました。これは、スマートグラスで最も根強い課題の1つである熱問題に対処するために設計されたソリッドステートマイクロファンです。

Santa Claraを拠点とする半導体会社は、XMC-1200を世界最小のアクティブマイクロファンとして説明しています。46平方ミリメートルのフットプリントと、会社のAstra2ドライブアプリケーション固有集積回路と組み合わせたときの約70ミリワットの典型的な電力消費という特性を備え、AR、XR、AI搭載グラスなどのテンプルアームに組み込むことができます。

1ワットの熱負荷の下で、xMEMSによると、システムは10°Cまで温度を下げることができます。エンジニアリングサンプルは、機密保持契約に基づいて、資格のあるメーカーとテクノロジーパートナーに提供されています。2027年第四四半期に量産を目指しています。グラスは熱問題に直面しています

スマートグラスは、相対的に単純なカメラとオーディオアクセサリから、コンピュータビジョン、リアルタイム翻訳、マルチモーダルアシスタント、ナビゲーション、高解像度ディスプレイを実行できるコンパクトなコンピューティングプラットフォームに進化しています。

これらの機能には、画像センサー、接続コンポーネント、光エンジンなどの高性能プロセッサが必要です。これらのコンポーネントはすべて、着用者の皮膚に軽量で静かで快適な状態を維持しながら、デバイス内で熱を生成します。

伝統的なパッシブクーリングシステム、グラファイトシート、熱パッド、ヒートスプレッダー、蒸気室などは、熱をデバイス全体に分散させることができます。しかし、空気の流れを生み出すことはできません。密封されたエンクロージャ内では、熱がプロセッサや他のコンポーネントの周りに閉じ込められ、最終的にデバイスがパフォーマンスを低下させたり、フレームに不快な温度を伝えたりすることがあります。熱制限は、ユーザーエクスペリエンスの多くの側面に影響を与える可能性があります。プロセッサは、持続的なAIワークロード中にスロットルする可能性があり、カメラは録音制限を課す可能性があり、ディスプレイは温度を制御するために明るさを低下させる可能性があります。テンプルアーム内で発生する熱は、長時間の使用中にグラスを不快に感じることもあります。

半導体技術を使用したマイクロファン

XMC-1200は、ノートブックやその他の消費者向け電子機器で見られるミニチュア回転ファンに似ていません。代わりに、xMEMSの圧電MEMSプラットフォームを使用してシリコンから作られています。

圧電薄膜に電圧が加えられると、材料は超音波周波数で膨張して収縮します。この動きは、精密バルブ構造を介して連続した空気パルスを生成するマイクロスケールの膜を駆動します。結果として得られる空気の流れは、プロセッサ、ディスプレイエンジン、センサー、または集中した熱源に向けられることができます。回転モーターとベアリングを使用する従来のファンとは異なり、クーリングデバイスは約1ミリメートルの薄さのパッケージ内で動作し、機械的な複雑さ、音、振動を低減します。

XMC-1200は、1秒あたり最大10立方センチメートルの空気の流れと、1,100パスカルの背圧を提供できることが会社の現在の製品仕様です。また、IP68の防塵防水レートもあり、1日を通して着用されることを目的とした電子機器にとって重要な考慮事項です。ヒートスプレッダーなどのパッシブコンポーネントを置き換えるのではなく、補完することを目的としています。アクティブな空気の流れは、熱コンポーネントを囲む停滞した暖かい空気の層を破壊し、熱をデバイスのより広い熱構造に効果的に移動させることができます。

ディスプレイ、プロセッサ、カメラのターゲットクーリング

1つの潜在的な用途は、ARとXRディスプレイで使用される光エンジンのクーリングです。

マイクロディスプレイLEDとレーザーベースのシステムは、温度が上昇すると波長と出力の変化を経験する可能性があります。これらの変化は、色の変化、明るさの低下、または一貫性のない画像品質につながる可能性があります。ターゲット空気の流れは、これらのコンポーネントをより安定した動作範囲内に維持するのに役立ちます。

プロセッサのクーリングは別のユースケースを表しています。リアルタイム翻訳、ボイスインタラクション、ビジュアル認識、デバイス内AI推論には、短時間の処理ではなく、持続的なコンピューティングパフォーマンスが必要です。十分な熱ヘッドルームがないと、システムオンチップはすぐにクロック速度を低下させてオーバーヒートを防ぐ可能性があります。

カメラ搭載グラスも同様の制約に直面しています。高解像度画像センサー、ビデオエンコーダー、ワイヤレス接続は、録音中に同時に熱を生成します。コンポーネントの近くでのアクティブクーリングにより、メーカーはフレームサイズを大幅に増やさずに長時間の録音セッションをサポートできる可能性があります。

同じ技術は、メーカーがグラスの外部温度を制御するのにも役立ちます。電子機器に達する前に熱を取り除くことで、デバイスを長時間着用したときに快適性を高めることができます。

µCoolingポートフォリオの拡大

XMC-1200は、xMEMSが開発中のアクティブクーリングのより広いポートフォリオの中で最小のメンバーです。

会社のXMC-2400は、XRグラス、個人用ソリッドステートドライブ、エッジAIシステムなどの高電力アプリケーション向けに設計されています。現在の仕様には、1秒あたり最大28立方センチメートルの空気の流れと、約150ミリワットの典型的な電力消費が含まれます。

大型のXMC-4800モデルは、スマートフォン、データセンターのストレージシステム、その他の空気の流れを必要とするアプリケーションを対象としています。同社は、この製品を1秒あたり最大48立方センチメートルの空気の流れと、約240ミリワットの典型的な電力消費でリストしています。半導体製造技術を、さまざまなデバイスカテゴリの熱管理に適用する、より広い戦略を示しています。メーカーは、エンクロージャのサイズ、使用可能な電力、空気の流れの要件、個々のホットスポットの位置に基づいて、チップを選択できる可能性があります。

2018年に設立されたxMEMSは、当初、イヤホン、スマートウォッチ、ヘッドフォン、グラス向けのソリッドステートMEMSスピーカーに重点を置いていました。同社は、同じ基本的な圧電MEMSプラットフォームを熱管理に拡大し、世界中で300以上の特許を取得しています。商業的な採用は、システムレベルのパフォーマンスに依存します

スマートグラスに十分な小ささのクーリングコンポーネントを作ることは、エンジニアリング課題の1つだけです。

メーカーは、湿気や塵から密封されたフレームを通して空気がどのように流れるかを判断する必要があります。また、クーリングチップがバッテリー寿命、内部コンポーネントの配置、音響パフォーマンス、耐久性、外部温度にどのように影響するかを評価する必要があります。

XMC-1200の比較的低い電力要件により、選択的な動作に適している可能性があります。デバイスは、ビデオ録音、厳しいAI推論、高ディスプレイ明るさ、またはその他の持続的なワークロード中のみクーリングを実行し、チップを連続して実行しません。

より長い生産スケジュールは、技術がまだ初期段階にあることを示しています。エンジニアリングサンプルは利用可能ですが、XMC-1200を使用する消費者向けデバイスは、メーカーが徹底的なテストを完了し、チップを将来のハードウェアデザインに組み込むまで出現しそうにありません。

大型のXMC-2400はすでに大量生産に入り、同社の最初のグラス関連の展開をサポートしており、スペースがより多いか熱負荷が高い設計では、メーカーに現在利用可能なオプションを提供しています。

アクティブクーリングがウェアラブルAIを再定義する

スマートグラスは、従来、厳格な熱制限で設計されてきました。メーカーは、ソフトウェア制限、断続的なワークロード、ディスプレイ明るさの低下、保守的なプロセッサパフォーマンスを通じてこれらの制限を管理してきました。

マイクロスケールのアクティブクーリングは、別の選択肢を生み出します。固定の熱上限を中心にすべての機能を設計するのではなく、将来のウェアラブルデバイスは、厳しいタスク中に熱を動的に除去し、ワークロードが低下するとパッシブ操作に戻ることができます。

これにより、より長い録音セッション、一貫したディスプレイ品質、そしてバーストではなく継続的に動作するAI機能が可能になります。また、スマートフォンやクラウドインフラストラクチャへの依存を減らし、より多くの処理をデバイス内で保持できる可能性もあります。

より広範な意味は、単一のクーリングチップを超えています。ウェアラブルコンピューターがより高性能になるにつれて、熱管理は、デバイス内で信頼性の高いAIエクスペリエンスを実現する上で、どのAIエクスペリエンスが機能するかについて、ますます大きな影響を与えるようになります。