xMEMS starter masseproduksjon av faststoffbaserte kjølebrikker for KI-briller og maskinvare til datasentre

Mer KI-prosessering i briller eller smarttelefoner skaper et problem som ikke kan løses bare med raskere silisium: Varmen må ledes bort. xMEMS Labs setter nå sin faststoffbaserte mikrokjølingsteknologi i masseproduksjon, med sikte på enheter som er for tynne til å romme en konvensjonell vifte, og små komponenter i datasentre som trenger luftstrøm nær et varmepunkt.

Selskapet i Santa Clara opplyser at produksjonen av µCooling-brikkene XMC-2400 og XMC-4800 har startet. De første kommersielle produktene med XMC-2400 ventes tidlig i 2027. Dette skiller produksjonsmilepælen fra når produktene blir tilgjengelige for forbrukerne: At en komponent er masseprodusert, betyr ikke at en ferdig telefon, et hodesett eller en lagringsenhet allerede er i salg.

De to brikkene er utviklet for ulike termiske rammer. XMC-2400 er beregnet på kompakte edge-enheter, blant annet KI- og XR-briller og personlige SSD-er. XMC-4800 gir større luftstrøm og er beregnet på smarttelefoner, SSD-er for bedriftsmarkedet og andre delsystemer med lavere effekt i datasentre.

Slik flytter en faststoffbasert kjølebrikke luft

Teknologien bruker xMEMS’ piezoMEMS-halvlederplattform til å skape en rettet luftstrøm uten roterende vifteblader eller lagre. Selskapet beskriver en helsilikonarkitektur som kan flytte luft gjennom smale mikrokanaler og plasseres nær prosessorer, minne, lagringskontrollere og andre komponenter som utvikler varme.

Selskapets tekniske oversikt forklarer mekanismen nærmere. Tynnfilm av piezoelektrisk materiale på silisium utvider seg og trekker seg sammen ved ultrasoniske frekvenser. Mikroskopiske membraner og ventilrekker omdanner bevegelsen til luftpulser, mens innkapslinger med åpninger på toppen eller siden leder luftstrømmen mot målet.

«Faststoffbasert» beskriver altså at enheten ikke har en tradisjonell vifte med roterende deler, ikke at den er uten fysisk bevegelse. Luftstrømmen skapes av små vibrerende strukturer. Dette skillet er viktig når enheten sammenlignes med passive materialer, som sprer varme, men ikke aktivt pumper luft.

Hva produksjonsspesifikasjonene viser

Pressemeldingen om produksjonsstart oppgir spesifikasjonene nedenfor, som også stemmer med den gjeldende produktsiden. Tallene for luftstrøm, mottrykk og strømforbruk er produsentens spesifikasjoner; maksimumsverdiene bør ikke tolkes som en garanti for at alle installerte systemer vil oppnå dem samtidig.

Mottrykk er relevant fordi luft inne i et kompakt produkt kan måtte bevege seg gjennom en trang passasje. Et luftstrømstall alene sier ikke hvor mye luft som når varmepunktet når brikken er integrert med kanaler, ventiler og omkringliggende maskinvare. Det samlede kjøleresultatet avhenger av systemutformingen.

xMEMS opplyser at kunder i tester har oppnådd temperatursenkninger på 10–25 °C på brikke- og systemnivå i briller, smarttelefoner og SSD-er. Kunngjøringen identifiserer ikke enhetene eller beskriver en felles testmetode. Tallene er derfor eksempler på rapporterte resultater, ikke et temperaturfall man kan forvente generelt.

Derfor er vedvarende ytelse viktig for edge-KI

Korte benchmarktester og vedvarende arbeidsbelastninger kan gi ulike resultater. En enhet kan kjøre en krevende modell i høy hastighet en kort stund, før den senker prosessorfrekvensen etter hvert som varmen bygger seg opp. For bruksområder som kontinuerlig bildebehandling eller sanntidsassistanse kan det være viktigere å opprettholde ytelsen over tid enn å oppnå en toppscore.

I sin hvitbok om termisk styring for edge-KI argumenterer xMEMS for at smarttelefoner, SSD-er og KI-briller står overfor den samme begrensningen: Økende prosesseringstetthet i kabinetter med svært liten plass til kjøling. Selskapet presenterer aktiv mikrokjøling som en måte å tilføre lokal konveksjon på, i tillegg til eksisterende varmespredende strukturer.

Aktiv kjøling bruker også strøm. Det tekniske spørsmålet er om den ekstra termiske kapasiteten gir stor nok gevinst til å forsvare strømbehovet, plassen som kreves for integrering, og kostnaden. For briller må utformingen også ta høyde for hvordan varmen når overflater nær brukeren; at luft beveges nær en prosessor, er ikke i seg selv noen garanti for at det ferdige produktet er behagelig å bruke.

Målrettet kjøling inne i maskinvare for datasentre

Bruken i datasentre er mer spesifikk enn kjøling av et helt AI-rack. xMEMS peker på SSD-er, lasermoduler, minne, retimere og andre delsystemer som mål for lokal luftstrøm. I kunngjøringen om produksjonsstart beskrives disse som komponenter som kan dra nytte av dette, selv om væskekjølingen i økende grad konsentreres rundt CPU-er og GPU-er med høy effekt.

Dette gjør teknologien til et mulig supplement til større kjølesystemer. En liten luftpumpe nær en lagringskontroller løser et annet problem enn å lede varme bort fra en stor akselerator. Hvor godt hver av tilnærmingene fungerer, avhenger av at det finnes en vei som til slutt fører varmen ut av komponenten og inn i det omkringliggende kjølesystemet.

Fra demonstrasjoner til produkter som kan masseproduseres

xMEMS introduserte XMC-2400 i 2024. Kunngjøringen om produksjonsstart kommer etter en periode med prøver og demonstrasjoner, og inngår i selskapets bredere produktportefølje, som også omfatter XMC-1200 for mindre komponenter i smartbriller. I vår tidligere omtale av xMEMS’ miniatyriserte kjøleteknologi så vi nærmere på den separate produktlanseringen.

Mike Housholder, visepresident og daglig leder for xMEMS’ forretningsenhet for termisk styring, beskriver masseproduksjon som et skritt på veien mot å kunne møte kundenes etterspørsel i stor skala. Selskapet presenterer også silisiumarkitekturen sin som en mulig framtidig vei til termiske løsninger som pakkes sammen med edge-AI-prosessorer. Dette er en mulig utviklingsretning, ikke en produktegenskap som er etablert med denne kunngjøringen.

De neste nyttige holdepunktene vil komme fra ferdige systemer: vedvarende ytelse, overflatetemperaturer, påvirkning på batteriet, pålitelighet og produksjonsutbytte. Overgangen til produksjon løfter mikrokjøling ut over komponentdemonstrasjoner. Om teknologien endrer de praktiske begrensningene for AI-enheter man har på seg og kompakt lagring, vil bli tydeligere etter hvert som kundene lanserer integrerte produkter.