xMEMS lanceert miniature solid-state koelchip voor slimme bril

xMEMS Labs heeft de XMC-1200 geïntroduceerd, een solid-state microventilator die is ontworpen om een van de meest hardnekkige obstakels aan te pakken waarmee slimme bril te maken krijgt: het ontwerp van de frames zwaarder, dikker of lawaaieriger.

Het in Santa Clara gevestigde halfgeleiderbedrijf beschrijft de XMC-1200 als de kleinste actieve microventilator ter wereld. Met een oppervlak van 46 vierkante millimeter en een typisch stroomverbruik van ongeveer 70 milliwatt wanneer deze wordt gekoppeld aan de Astra2-drive-applicatiespecifieke geïntegreerde schakeling van het bedrijf, is de chip klein genoeg om te worden geïntegreerd in de tempelarmen van augmented reality (AR), extended reality (XR) en AI-geactiveerde bril.

Onder een thermische belasting van één watt zegt xMEMS dat het systeem de temperaturen kan verlagen met maximaal 10°C. Ingenieursmonsters zijn nu beschikbaar onder niet-openbaarmakingsovereenkomsten voor gekwalificeerde fabrikanten en technologiepartners, met productiereadiness gericht op het vierde kwartaal van 2027. Slimme bril heeft een hitteprobleem

Slime bril evolueert langzaam van relatief eenvoudige camera- en audio-accessoires naar compacte computerplatforms die in staat zijn om computerzicht, real-time vertaling, multimodale assistenten, navigatie en hoge resolutie-weergave uit te voeren.

Deze mogelijkheden vereisen steeds krachtigere processors, beeldsensoren, connectiviteitscomponenten en lichtmotoren. Elk van deze componenten produceert warmte in een apparaat dat licht, stil en comfortabel tegen de huid van de drager moet blijven.

Traditionele passieve koelsystemen, waaronder grafietvellen, thermische pads, warmteverspreiders en dampkamers, kunnen warmte door het apparaat verspreiden. Ze kunnen echter geen luchtstroom creëren. In luchtdichte behuizingen kan warmte rond processors en andere componenten vast komen te zitten, waardoor het apparaat uiteindelijk de prestaties moet verminderen of oncomfortabele temperaturen aan de bril overbrengt. Thermische beperkingen kunnen verschillende aspecten van de gebruikerservaring beïnvloeden. Processors kunnen tijdens langdurige AI-werklasten teruglopen, camera’s kunnen opnamebeperkingen opleggen en displays kunnen de helderheid verminderen om temperaturen te controleren. Warmte die in een tempelarm wordt gegenereerd, kan de bril ook oncomfortabel maken tijdens langdurig gebruik.

Een microventilator gebouwd met halfgeleidertechnologie

De XMC-1200 lijkt niet op de miniaturen-rotorventilatoren die in laptops of andere consumentenelektronica worden aangetroffen. In plaats daarvan is het gefabriceerd uit silicium met behulp van de piezo-elektrische micro-elektromechanische systemen (piezoMEMS) van xMEMS.

Wanneer een spanning wordt toegepast op een dunne piezo-elektrische film, zet het materiaal uit en trekt het samen op ultrasonische frequenties. Deze beweging drijft microscopische membranen aan die continue luchtpulsen gegenereerd door precisieklepstructuren. De resulterende luchtstroom kan worden gericht naar een processor, displaymotor, sensor of een andere geconcentreerde warmtebron. het ontwerp vermijdt de roterende motoren en lagers die in conventionele ventilatoren worden gebruikt. Dit maakt het mogelijk dat het koelapparaat binnen een pakket van ongeveer één millimeter dun werkt, terwijl het mechanische complexiteit, hoorbare geluiden en trillingen vermindert.

De XMC-1200 kan een luchtstroom van maximaal 10 kubieke centimeter per seconde en een tegenwoordige druk van maximaal 1.100 pascal leveren, volgens de huidige product specificaties van het bedrijf. Het is ook beoordeeld als IP68 voor weerstand tegen stof en water, een belangrijke overweging voor elektronica die de hele dag moet worden gedragen. in plaats van warmteverspreiders of andere passieve componenten te vervangen, is de chip bedoeld om deze te complementeren. De actieve luchtstroom verstoort de laag stagnerende warme lucht rond een warme component, waardoor warmte effectiever kan worden overgebracht naar de bredere thermische structuur van het apparaat.

Gerichte koeling voor displays, processors en camera’s

Een potentieel toepassingsgebied is het koelen van de lichtmotoren die in AR- en XR-displays worden gebruikt.

Microdisplay licht-emitterende diodes en laser-gebaseerde systemen kunnen veranderingen in golflengte en uitgang ervaren wanneer hun temperaturen stijgen. Deze veranderingen kunnen bijdragen aan kleuverschuivingen, verminderde helderheid of inconsistent beeldkwaliteit tijdens langdurig gebruik. Gerichte luchtstroom kan helpen om deze componenten binnen een meer stabiele bedrijfstemperatuur te houden.

Processor koeling presenteert een ander gebruiksscenario. Real-time vertaling, spraakinteractie, visuele herkenning en on-device AI-inferentie vereisen duurzame rekenprestaties in plaats van korte uitbarstingen van verwerking. Zonder voldoende thermische ruimte kan een systeem-op-chip snel de kloksnelheid verlagen om oververhitting te voorkomen.

Camera-gebaseerde bril heeft soortgelijke beperkingen. Hoge resolutie-beeldsensoren, video-encoders en draadloze verbindingen genereren warmte gelijktijdig tijdens opname. Actieve koeling in de buurt van deze componenten kan fabrikanten in staat stellen om langere opnamesessies te ondersteunen zonder de framesize aanzienlijk te vergroten.

Deze technologie kan fabrikanten ook helpen om de externe temperatuur van de bril te controleren. Warmte weghalen bij elektronica voordat deze de oppervlakte van een tempelarm bereikt, kan apparaten comfortabeler maken tijdens langdurig gebruik.

Uitbreiding van het µCooling-portfolio

De XMC-1200 is het kleinste lid van een bredere actieve koelingsportfolio dat door xMEMS wordt ontwikkeld.

Het bedrijf XMC-2400 is ontworpen voor hogere vermogensapplicaties, waaronder XR-bril, persoonlijke solid-state schijven en andere edge AI-systemen. De huidige specificaties omvatten een luchtstroom van maximaal 28 kubieke centimeter per seconde en een typisch stroomverbruik van ongeveer 150 milliwatt.

Een grotere XMC-4800-model richt zich op smartphones, datacenter-opslagsystemen en andere toepassingen die grotere luchtstroom vereisen. Het bedrijf specificeert dat product tot maximaal 48 kubieke centimeter per seconde, met een typisch stroomverbruik van ongeveer 240 milliwatt. lects een bredere strategie van het toepassen van halfgeleidertechnieken op thermisch beheer in verschillende apparaatcategorieën. In plaats van één ventilatorontwerp voor elk product, kunnen fabrikanten mogelijk chips selecteren op basis van de behuizinggrootte, beschikbare stroom, luchtstroomvereisten en de locatie van individuele warmtebronnen.

Opgericht in 2018, richtte xMEMS zich initieel op solid-state MEMS-luidsprekers voor oordopjes, smartwatches, hoofdtelefoons en bril. Het bedrijf heeft sindsdien hetzelfde onderliggende piezoMEMS-platform uitgebreid naar thermisch beheer en meldt meer dan 300 verleende octrooien wereldwijd. rciale adoptie zal afhankelijk zijn van systeemniveau-prestaties

Het maken van een koelcomponent dat klein genoeg is voor slimme bril is slechts één onderdeel van de technische uitdaging.

Fabrikanten moeten bepalen hoe luchtstroom door frames moet bewegen die mogelijk tegen vocht en stof zijn afgesloten. Ze moeten ook de invloed van de koelchip op batterijlevensduur, interne componentplaatsing, akoestische prestaties, duurzaamheid en externe temperaturen evalueren.

De relatief lage stroomvereisten van de XMC-1200 kunnen het geschikt maken voor selectieve werking. Een apparaat kan koeling alleen activeren tijdens video-opname, veeleisende AI-inferentie, hoge displayhelderheid of andere langdurige werklasten, in plaats van de chip continu te laten draaien.

De langere productieplanning geeft ook aan dat de technologie zich nog in een vroeg stadium bevindt. Hoewel ingenieursmonsters beschikbaar zijn, zijn consumentenapparaten met de XMC-1200 onwaarschijnlijk te zien totdat fabrikanten uitgebreide tests hebben uitgevoerd en de chip in toekomstige hardware-ontwerpen hebben geïntegreerd.

De grotere XMC-2400 is al in massaproductie gegaan en ondersteunt de eerste bril-gerelateerde implementaties van het bedrijf, waardoor fabrikanten een momenteel beschikbare optie hebben voor ontwerpen met meer ruimte of hogere thermische belastingen.

Actieve koeling kan draagbare AI herschikken

Slime bril is traditioneel ontworpen rond strikte thermische limieten. Fabrikanten hebben deze limieten beheerd door middel van softwarebeperkingen, intermittentewerklasten, verminderde displayhelderheid en conservatieve processorprestaties.

Micro-schaal actieve koeling creëert een andere optie. In plaats van elke mogelijkheid te ontwerpen rond een vaste hitteplafond, kunnen toekomstige draagbare apparaten warmte dynamisch verwijderen tijdens veeleisende taken en terugkeren naar passieve werking wanneer de werklasten afnemen.

Dat kan langere opnamesessies, consistentere beeldkwaliteit en AI-functies ondersteunen die continu werken in plaats van in korte uitbarstingen. Het kan ook meer verwerking op het apparaat mogelijk maken, waardoor de afhankelijkheid van smartphones of cloud-infrastructuur wordt verminderd.

De bredere betekenis gaat verder dan één koelchip. Naarmate draagbare computers krachtiger worden, zal thermisch beheer steeds meer invloed hebben op welke AI-ervaringen betrouwbaar kunnen functioneren binnen apparaten die licht genoeg zijn om de hele dag te worden gedragen.