xMEMS, AI 안경 및 데이터센터 하드웨어용 솔리드 스테이트 냉각 칩 양산 시작

안경이나 스마트폰에 AI 처리 기능을 더 많이 탑재하면 더 빠른 실리콘만으로는 해결할 수 없는 문제가 생깁니다. 열을 어디론가 내보내야 한다는 점입니다. xMEMS Labs는 기존 팬을 넣기에는 너무 얇은 기기와 핫스팟 가까이에 공기 흐름이 필요한 소형 데이터센터 부품을 겨냥해 솔리드 스테이트 마이크로 냉각 기술의 양산에 들어갑니다.

산타클라라에 본사를 둔 이 회사는 XMC-2400 및 XMC-4800 µCooling 칩의 생산을 시작했다고 밝혔습니다. XMC-2400을 탑재한 첫 상용 제품은 2027년 초에 출시될 것으로 예상됩니다. 이로써 제조 단계의 이정표와 소비자 대상 제품의 출시 시점은 구분됩니다. 부품의 양산이 시작됐다고 해서 완제품 휴대전화, 헤드셋 또는 저장 장치가 이미 판매 중인 것은 아닙니다.

두 칩은 서로 다른 열 설계 요구에 대응합니다. XMC-2400은 AI 및 XR 안경과 개인용 SSD를 비롯한 소형 엣지 기기를 위한 제품입니다. XMC-4800은 스마트폰, 기업용 SSD 및 기타 저전력 데이터센터 하위 시스템에 더 많은 공기 흐름을 제공합니다.

솔리드 스테이트 냉각 칩은 어떻게 공기를 이동시키나

이 기술은 xMEMS의 piezoMEMS 반도체 플랫폼을 이용해 회전 날개나 베어링 없이 방향성 있는 공기 흐름을 만듭니다. 회사에 따르면 이 올실리콘 구조는 좁은 마이크로채널을 통해 공기를 이동시키며, 프로세서와 메모리, 저장 장치 컨트롤러 등 열을 발생시키는 부품 가까이에 배치할 수 있습니다.

회사의 기술 개요에서는 작동 원리를 더 자세히 설명합니다. 실리콘 위의 박막 압전 소재는 초음파 주파수로 팽창하고 수축합니다. 미세한 막과 밸브 배열이 이 움직임을 공기 펄스로 바꾸고, 상부 또는 측면 배기 구조의 패키지가 공기 흐름을 목표 지점으로 유도합니다.

따라서 ‘솔리드 스테이트’는 기존의 회전식 팬 어셈블리가 없다는 뜻이지, 물리적 움직임이 전혀 없다는 뜻은 아닙니다. 공기 흐름은 미세한 진동 구조에서 발생합니다. 열을 분산시키지만 공기를 능동적으로 밀어내지는 않는 수동형 소재와 이 장치를 비교할 때는 이 차이가 중요합니다.

양산 제품 사양은 무엇을 보여주나

제공된 양산 발표 자료에는 다음 사양이 기재되어 있으며, 현재 제품 페이지의 내용과도 일치합니다. 공기 유량, 배압 및 소비 전력은 공급업체가 제시한 사양입니다. 최대 수치는 모든 설치 환경에서 각 항목의 최대값을 동시에 달성할 수 있다는 보장으로 해석해서는 안 됩니다.

소형 제품 내부의 공기는 좁고 저항이 큰 경로를 통과해야 할 수 있으므로 배압이 중요합니다. 공기 유량 수치만으로는 칩을 채널과 통풍구, 주변 하드웨어와 통합했을 때 핫스팟까지 실제로 얼마나 많은 공기가 도달하는지 알 수 없습니다. 전체 냉각 성능은 시스템 설계에 따라 달라집니다.

xMEMS는 안경, 스마트폰 및 SSD를 대상으로 한 테스트에서 고객사들이 칩 수준과 시스템 수준에서 10–25°C의 온도 저하를 달성했다고 밝혔습니다. 발표 자료에는 어떤 기기를 사용했는지 명시되어 있지 않고 공통된 테스트 방법도 제시되지 않았습니다. 따라서 이 수치는 보편적으로 기대할 수 있는 온도 하락 폭이 아니라 보고된 결과의 사례입니다.

엣지 AI에서 지속 성능이 중요한 이유

짧은 벤치마크 실행과 지속적인 작업 부하는 서로 다른 사용 경험을 낳을 수 있습니다. 기기가 까다로운 모델을 잠시 고속으로 실행한 뒤 열이 쌓이면서 프로세서 클록을 낮출 수도 있습니다. 연속적인 시각 처리나 실시간 지원과 같은 애플리케이션에서는 최고 점수보다 장시간 성능을 유지하는 것이 더 중요할 수 있습니다.

엣지 AI 열 관리 백서에서 xMEMS는 스마트폰과 SSD, AI 안경이 공통된 제약에 직면해 있다고 주장합니다. 냉각 공간이 거의 없는 외함 안에 연산 밀도를 높여야 한다는 점입니다. xMEMS는 기존 열 관리 구조에 국소 대류를 더하는 방법으로 능동형 마이크로 냉각을 제시합니다.

능동 냉각에는 전력도 필요합니다. 추가적인 열 여유가 전력 소모와 통합 공간, 비용을 정당화할 만큼 충분한 이점을 제공하는지가 엔지니어링 측면의 과제입니다. 안경의 경우 착용자 가까이에 있는 표면으로 열이 어떻게 전달되는지도 고려해야 합니다. 프로세서 주변의 공기를 움직인다는 사실만으로 완제품이 편안하다고 단정할 수는 없습니다.

데이터센터 하드웨어 내부의 국소 냉각

데이터 센터에서의 적용은 AI 랙 전체를 냉각하는 것보다 범위가 구체적이다. xMEMS는 SSD, 레이저 모듈, 메모리, 리타이머 및 기타 하위 시스템을 국소 공기 흐름의 대상으로 꼽는다. 양산 출시 발표에서는 액체 냉각이 고전력 CPU와 GPU를 중심으로 적용되는 상황에서도 이런 부품들이 냉각의 이점을 얻을 수 있다고 설명한다.

이 때문에 이 기술은 더 큰 열 관리 시스템을 보완할 수 있다. 스토리지 컨트롤러 근처에 설치하는 소형 공기 펌프는 대형 가속기에서 열을 빼내는 것과는 다른 문제를 해결한다. 어느 방식이든 부품에서 열을 빼내 주변 냉각 시스템으로 전달하는 경로가 궁극적으로 마련되어야 성공할 수 있다.

시연에서 양산 가능한 제품으로

xMEMS는 2024년에 XMC-2400을 처음 선보였다. 이번 양산 발표에 앞서 샘플 제공과 시연이 이어졌으며, 이번 발표는 더 작은 스마트 안경 부품용 XMC-1200을 포함한 xMEMS의 광범위한 제품군과 함께 나왔다. xMEMS의 초소형 냉각 기술을 다룬 이전 보도에서는 별도로 출시된 해당 제품을 살펴봤다.

xMEMS 열 관리 사업부의 부사장 겸 총괄 책임자인 Mike Housholder는 양산이 고객 수요를 대규모로 뒷받침하기 위한 단계라고 설명한다. 회사는 또한 자사의 실리콘 아키텍처를 엣지 AI 프로세서와 함께 패키징되는 열 솔루션으로 나아갈 수 있는 미래의 한 경로로 제시한다. 이는 개발 방향일 뿐, 이번 발표로 제품 기능이 확립된 것은 아니다.

다음으로 유의미한 근거는 완제품 시스템에서 확인될 것이다. 여기에는 지속적인 성능, 표면 온도, 배터리 영향, 신뢰성, 제조 수율이 포함된다. 양산에 들어가면서 마이크로 냉각은 부품 시연 단계를 넘어선다. 고객사가 통합 제품을 시장에 출시하면 AI 웨어러블과 소형 스토리지의 실질적인 한계를 바꿀 수 있을지 더욱 분명해질 것이다.