xMEMS lanserer miniatyrbasert fast tilstand kjølingssystem for smarte briller

xMEMS Labs har introdusert XMC-1200, en fast tilstand mikrofan designet for å løse en av de mest vedvarende hindringene for smarte briller, nemlig å gjøre rammen tyngre, tykkere eller støyere.

Santa Clara-baserte halvlederfirmaet beskriver XMC-1200 som verdens minste aktive mikrofan. Med en størrelse på 46 kvadratmillimeter og typisk effektforbruk på omtrent 70 milliwatt når den er koblet til selskapets Astra2 drive applikasjonsspesifikke integrerte krets, er chipen liten nok til å integreres i temple-armene på augmented reality (AR), extended reality (XR) og AI-drevne briller.

Under en termisk belastning på en watt, sier xMEMS at systemet kan redusere temperaturen med opptil 10°C. Ingeniørprøver er nå tilgjengelige under ikke-avsløringsavtaler til kvalifiserte produsenter og teknologipartnere, med produksjonsklarhet målrettet for fjerde kvartal 2027. Smarte briller møter et varme-problem

Smarte briller utvikler seg gradvis fra relativt enkle kamera- og lydtilleggsfunksjoner til kompakte datamaskinplattformer som kan kjøre datavisjon, sanntids-oversettelse, multimodale assistenter, navigasjon og høyoppløselige skjermer.

Disse funksjonene krever stadig mer kraftfulle prosessorer, bilde-sensorer, koblingskomponenter og lysmotorer. Hver av disse komponentene produserer varme i en enhet som må forbli lett, stille og komfortabel mot bærerens hud.

Tradisjonelle passive kjølingssystemer, inkludert grafittark, termiske pad, varme-spreder og dampkammer, kan fordelle varme gjennom en enhet. Men de kan ikke skape luftstrøm. I tett lukkede innkapslinger kan varme bli fanget rundt prosessorer og andre komponenter, og til slutt tvinge enheten til å redusere ytelsen eller overføre ubehagelige temperaturer til rammen. Termiske begrensninger kan påvirke flere aspekter av brukeropplevelsen. Prosessorer kan redusere ytelsen under vedvarende AI-arbeidsbelastninger, kameraer kan pålegge opptaksgrenser, og skjermer kan redusere lysstyrken for å kontrollere temperaturer. Varme generert i en temple-arm kan også gjøre briller ubehagelige under langvarig bruk.

En mikrofan bygget med halvlederteknologi

XMC-1200 ligner ikke de miniature roterende fanene funnet i bærbare datamaskiner eller andre forbruker-elektroniske enheter. I stedet er den fremstilt av silisium ved hjelp av xMEMS’ piezoelektriske mikro-elektromekaniske systemer, eller piezoMEMS-plattformen.

Når en spenning blir applied til en tynn piezoelektrisk film, utvider og trekker materialet seg sammen ved ultrasoniske frekvenser. Denne bevegelsen driver mikroskopiske membraner som genererer kontinuerlige luft-pulser gjennom presisjonsventil-strukturer. Den resulterende luftstrømmen kan rettes mot en prosessor, skjerm-motor, sensor eller en annen konsentrert varmekilde. Arkitekturen unngår de roterende motorer og bæringene brukt i konvensjonelle faner. Dette tillater kjølingsenheten å operere innenfor en omtrent en millimeter tykk pakke, samtidig som den reduserer mekanisk kompleksitet, hørbart støy og vibrasjoner.

XMC-1200 kan levere en luftstrøm på opptil 10 kubikksentimeter per sekund og baktrykk på opptil 1 100 pascal, ifølge selskapets nåværende produktspecifikasjoner. Den er også klassifisert som IP68 for motstand mot støv og vann, et viktig aspekt for elektroniske enheter som er ment å brukes hele dagen. I stedet for å erstatte varme-spreder eller andre passive komponenter, er chipen ment å komplementere dem. Den aktive luftstrømmen forstyrer laget av stille varm luft rundt en varm komponent, og tillater varme å flytte mer effektivt inn i enhetens bredere termiske struktur.

Målrettet kjøling for skjermer, prosessorer og kameraer

En mulig anvendelse er kjøling av lysmotorer brukt i AR- og XR-skjermer.

Mikroskjermlys-dioder og laser-baserte systemer kan oppleve endringer i bølgelengde og utgang når temperaturen stiger. Disse endringene kan bidra til farge-skift, redusert lysstyrke eller ujevn bilde-kvalitet under langvarig bruk. Målrettet luftstrøm kan hjelpe med å holde disse komponentene innenfor en mer stabil drifts-område.

Prosessor-kjøling presenterer en annen anvendelse. Sanntids-oversettelse, stemme-interaksjon, visuell gjenkjenning og på-enheten AI-inferens krever vedvarende datamaskin-ytelse fremfor korte prosessor-påkoblinger. Uten tilstrekkelig termisk headroom, kan en system-på-chip raskt redusere klokke-hastigheten for å forhindre overoppheting.

Kamera-baserte briller møter lignende begrensninger. Høyoppløselige bilde-sensorer, video-encodere og trådløse forbindelser genererer varme samtidig under opptak. Aktiv kjøling nær disse komponentene kunne tillate produsentene å støtte lengre opptakssesjoner uten å dramatisk øke ramme-størrelsen.

Den samme teknologien kan også hjelpe produsentene med å kontrollere den ytre temperaturen på briller. Å fjerne varme fra elektronikk før den når overflaten av en temple-arm, kunne gjøre enhetene mer komfortable under langvarig bruk.

Utvidelse av µCooling-porteføljen

XMC-1200 er den minste medlemmen av en bredere aktiv-kjølings-portefølje som utvikles av xMEMS.

Selskapets XMC-2400 er designet for høyere effekt-applikasjoner, inkludert XR-briller, personlige solid-state-drev og andre edge-AI-systemer. Den nåværende spesifikasjonen inkluderer en luftstrøm på opptil 28 kubikksentimeter per sekund og typisk effektforbruk på omtrent 150 milliwatt.

En større XMC-4800-modell retter seg mot smartphones, data-senter-lagringssystemer og andre applikasjoner som krever større luftstrøm. Selskapet lister denne produkten med en luftstrøm på opptil 48 kubikksentimeter per sekund, med typisk effektforbruk på omtrent 240 milliwatt. Utvidelsen av porteføljen reflekterer en bredere strategi for å bruke halvleder-fremstillings-teknikker til termisk håndtering over ulike enhets-kategorier. I stedet for å bruke en fan-design for hver produkt, kunne produsentene potensielt velge chip basert på størrelsen på innkapslingen, tilgjengelig effekt, luftstrøms-krav og plasseringen av enkelt varme-kilder.

Grundlagt i 2018, xMEMS fokuserte opprinnelig på solid-state MEMS-høyttalere for ørepropper, smartklokker, hodetelefoner og briller. Selskapet har siden utvidet den samme underliggende piezoMEMS-plattformen til termisk håndtering og rapporterer å holde over 300 innvilgede patenter verden over. Kommerciell adopsjon vil avhenge av system-nivå-ytelse

Å lage en kjølings-komponent som er liten nok for smarte briller, er bare en del av den tekniske utfordringen.

Produsentene må bestemme hvordan luftstrømmen skal bevege seg gjennom rammer som kan være lukket mot fukt og støv. De må også evaluere hvordan kjølings-chipen påvirker batteri-liv, internt komponent-plassering, akustisk ytelse, holdbarhet og ytre temperaturer.

XMC-1200s relativt lave effekt-krav kunne gjøre den egnet for selektiv drift. En enhet kunne aktivere kjøling bare under video-opptak, krevende AI-inferens, høy skjerm-lys eller andre vedvarende arbeidsbelastninger, fremfor å kjøre chipen kontinuerlig.

Den lengre produksjonsskjemaet indikerer også at teknologien fortsatt er i et tidlig stadium. Selv om ingeniørprøver er tilgjengelige, er det usannsynlig at forbruker-enheter som bruker XMC-1200 vil dukke opp før produsentene har fullført omfattende testing og inkorporert chipen i fremtidige hårdvar-design.

Den større XMC-2400 har allerede gått i masseproduksjon og støtter selskapets første brille-relaterte utrullinger, og gir produsentene en nåværende mulighet for design med mer plass eller høyere termiske belastninger.

Aktiv kjøling kan omforme bærbare AI

Smarte briller har tradisjonelt vært designet rundt strenge termiske begrensninger. Produsentene har håndtert disse begrensningene gjennom programvare-begrensninger, intermittent arbeidsbelastning, redusert skjerm-lys og konservative prosessor-ytelse.

Mikro-skala aktiv kjøling skaper en annen mulighet. I stedet for å konstruere hver funksjon rundt en fast varme-tak, kunne fremtidige bærbare enheter dynamisk fjerne varme under krevende oppgaver og returnere til passiv drift når arbeidsbelastningene avtar.

Dette kunne støtte lengre opptakssesjoner, mer konsistent skjerm-kvalitet og AI-funksjoner som opererer kontinuerlig fremfor i korte pauser. Det kunne også tillate mer prosessering å forbli på enheten, og redusere avhengigheten av smarttelefoner eller sky-infrastruktur.

Den bredere betydningen strekker seg utenfor en enkelt kjølings-chip. Når bærbare datamaskiner blir mer kapable, vil termisk håndtering stadig mer påvirke hvilke AI-erfaringer som kan fungere pålitelig innenfor enheter som er lette nok til å bæres hele dagen.