xMEMS begint met de massaproductie van solid-statekoelchips voor AI-brillen en hardware voor datacenters

Meer AI-verwerking in een bril of smartphone stoppen, brengt een probleem met zich mee dat niet met alleen snellere chips kan worden opgelost: de warmte moet ergens naartoe. xMEMS Labs brengt zijn solid-state microkoelingstechnologie in massaproductie. Die is bedoeld voor apparaten die te dun zijn voor een conventionele ventilator en voor kleine onderdelen van datacenters die luchtstroom vlak bij een hotspot nodig hebben.

Het bedrijf uit Santa Clara meldt dat de productie is begonnen van zijn XMC-2400- en XMC-4800-µCooling-chips. De eerste commerciële producten met de XMC-2400 worden begin 2027 verwacht. Daarmee staat de productiemijlpaal los van de beschikbaarheid voor consumenten: massaproductie van een onderdeel betekent niet dat een afgewerkte telefoon, headset of opslagapparaat al te koop is.

De twee chips zijn ontworpen voor verschillende thermische vermogensbudgetten. De XMC-2400 is bedoeld voor compacte edgeapparaten, waaronder AI- en XR-brillen en persoonlijke SSD’s. De XMC-4800 levert meer luchtstroom voor smartphones, SSD’s voor bedrijven en andere subsystemen met een lager vermogen in datacenters.

Hoe een solid-statekoelchip lucht verplaatst

De technologie gebruikt het piezoMEMS-halfgeleiderplatform van xMEMS om gerichte luchtstroming op te wekken zonder roterende bladen of lagers. Het bedrijf beschrijft een volledig uit silicium opgebouwde architectuur die lucht door smalle microkanalen kan verplaatsen en vlak bij processors, geheugen, opslagcontrollers en andere warmteproducerende onderdelen kan worden geplaatst.

Het technische overzicht van het bedrijf legt de werking nader uit. Piëzo-elektrisch dunnefilmmateriaal op silicium zet bij ultrasone frequenties uit en krimpt weer. Microscopische membranen en kleppenarrays zetten die beweging om in luchtpulsen, terwijl behuizingen met openingen aan de boven- of zijkant de luchtstroom op het doel richten.

‘Solid-state’ verwijst dus naar het ontbreken van een traditionele ventilatoreenheid met draaiende onderdelen, niet naar het ontbreken van fysieke beweging. De luchtstroom ontstaat door kleine trillende structuren. Dat onderscheid is van belang bij een vergelijking met passieve materialen: die verspreiden warmte, maar pompen niet actief lucht.

Wat de productiespecificaties vermelden

De meegeleverde productiemededeling vermeldt de volgende specificaties, die ook overeenkomen met de huidige productpagina. De waarden voor luchtstroom, tegendruk en stroomverbruik zijn specificaties van de leverancier; de maximumwaarden mogen niet worden opgevat als een garantie dat elk geïnstalleerd systeem ze gelijktijdig haalt.

Tegendruk is relevant omdat lucht in een compact product mogelijk door een nauw kanaal moet stromen. Een luchtstroomwaarde op zichzelf zegt niet hoeveel lucht de hotspot bereikt zodra de chip is geïntegreerd met kanalen, ventilatieopeningen en omliggende hardware. Het uiteindelijke koelingsresultaat hangt af van het ontwerp van dat systeem.

xMEMS meldt dat klanten tijdens tests bij brillen, smartphones en SSD’s temperatuurverlagingen van 10–25°C op chip- en systeemniveau hebben bereikt. In de aankondiging worden de apparaten niet genoemd en wordt geen gemeenschappelijke testmethode beschreven. Die cijfers zijn daarom voorbeelden van gerapporteerde resultaten, geen universeel te verwachten temperatuurdaling.

Waarom aanhoudende prestaties belangrijk zijn voor edge-AI

Korte benchmarkpieken en langdurige werklasten kunnen tot verschillende ervaringen leiden. Een apparaat kan een veeleisend model korte tijd op hoge snelheid uitvoeren en vervolgens de processorfrequentie verlagen wanneer warmte zich ophoopt. Voor toepassingen als continue beeldverwerking of realtime assistentie kan het belangrijker zijn om de prestaties langere tijd op peil te houden dan om een piekscore te behalen.

In zijn whitepaper over thermisch beheer voor edge-AI betoogt xMEMS dat smartphones, SSD’s en AI-brillen met dezelfde beperking te maken hebben: de rekendichtheid neemt toe in behuizingen met weinig ruimte voor koeling. Het bedrijf ziet actieve microkoeling als een manier om plaatselijke convectie toe te voegen naast bestaande thermische structuren.

Actieve koeling verbruikt ook stroom. De technische vraag is of de extra thermische ruimte voldoende voordeel oplevert om het stroomverbruik, de benodigde inbouwruimte en de kosten te rechtvaardigen. Bij brillen moet het ontwerp ook rekening houden met de manier waarop warmte oppervlakken bereikt die dicht bij de drager liggen; lucht verplaatsen bij een processor betekent op zichzelf niet dat het afgewerkte product comfortabel is.

Gerichte koeling in hardware voor datacenters

De toepassing in datacenters is specifieker dan het koelen van een volledig AI-rack. xMEMS noemt SSD’s, lasermodules, geheugen, retimers en andere subsystemen als doelwitten voor lokale luchtstroming. In de aankondiging van de productiestart worden dit componenten genoemd die hiervan kunnen profiteren, ook nu vloeistofkoeling steeds meer wordt geconcentreerd rond krachtige CPU’s en GPU’s.

Daardoor kan de technologie een aanvulling vormen op grotere thermische systemen. Een kleine luchtpomp bij een opslagcontroller lost een ander probleem op dan het afvoeren van warmte van een grote accelerator. Het succes van beide benaderingen hangt af van een route waarlangs de warmte uiteindelijk uit het onderdeel en naar het omringende koelsysteem wordt afgevoerd.

Van demonstraties naar produceerbare producten

xMEMS introduceerde XMC-2400 in 2024. De aankondiging van de productiestart volgt op een periode van testen en demonstraties en maakt deel uit van het bredere portfolio van het bedrijf, waaronder XMC-1200 voor kleinere onderdelen van slimme brillen. In onze eerdere berichtgeving over de miniatuurkoeltechnologie van xMEMS bespraken we de lancering van dat afzonderlijke product.

Mike Housholder, vicepresident en algemeen directeur van de businessunit voor thermisch beheer van xMEMS, omschrijft massaproductie als een stap in de richting van het op grote schaal kunnen voldoen aan de vraag van klanten. Het bedrijf presenteert zijn siliciumarchitectuur ook als een mogelijke toekomstige route naar thermische oplossingen die samen met edge-AI-processors in één package worden geïntegreerd. Dat is een ontwikkelingsrichting, geen productmogelijkheid die met deze aankondiging is bevestigd.

De volgende relevante aanwijzingen zullen afkomstig zijn van complete systemen: aanhoudende prestaties, oppervlaktetemperaturen, het effect op de batterij, betrouwbaarheid en productieopbrengst. De start van de productie betekent dat microkoeling verder komt dan een demonstratie van een afzonderlijk onderdeel. Of de technologie de praktische grenzen van AI-wearables en compacte opslag verlegt, zal duidelijker worden wanneer klanten geïntegreerde producten op de markt brengen.