xMEMS Wprowadza Miniaturowy Chip Chłodzący Wykorzystujący Technologię Półprzewodnikową Dla Okularów Inteligentnych

xMEMS Labs wprowadził XMC-1200, mikro-wentylator półprzewodnikowy zaprojektowany, aby rozwiązać jeden z najbardziej uporczywych problemów, z którymi borykają się okulary inteligentne, czyli zwiększanie ramy, grubości lub głośności.

Santa Clara-based firma półprzewodnikowa opisuje XMC-1200 jako najmniejszy aktywny mikro-wentylator na świecie. Z powierzchnią 46 milimetrów kwadratowych i typowym zużyciem mocy wynoszącym około 70 miliwatów, gdy jest połączony z aplikacją układu scalonego Astra2, chip jest wystarczająco mały, aby być wbudowany w ramy okularów rozszerzonej rzeczywistości (AR), rzeczywistości wirtualnej (XR) i okularów zasilanych przez sztuczną inteligencję.

Pod obciążeniem cieplnym wynoszącym jeden wat, xMEMS twierdzi, że system może obniżyć temperaturę o maksymalnie 10°C. Próbki inżynieryjne są dostępne pod warunkiem podpisania umowy o zachowaniu poufności, dla wytwórców i partnerów technologicznych, a produkcja ma ruszyć w czwartym kwartale 2027 roku. Okulary Inteligentne Napotykają Problem Z Ciepłem

Okulary inteligentne stopniowo ewoluują z prostych akcesoriów, takich jak aparaty fotograficzne i audio, w kierunku kompaktnych platform komputerowych, które mogą uruchamiać wizję komputerową, tłumaczenie w czasie rzeczywistym, asystentów multimodalnych, nawigację i wyświetlacze o wysokiej rozdzielczości.

Te funkcje wymagają coraz bardziej wydajnych procesorów, czujników obrazu, elementów łączności i silników oświetlenia. Każdy z nich wytwarza ciepło w urządzeniu, które musi pozostać lekkie, ciche i wygodne na skórze użytkownika.

Tradycyjne systemy chłodzenia biernego, w tym arkusze grafitu, podkłady cieplne, rozpraszacze ciepła i komory parowe, mogą redystrybuować ciepło w urządzeniu. Nie mogą one jednak tworzyć przepływu powietrza. W hermetycznie zamkniętych obudowach ciepło może zostać uwięzione wokół procesorów i innych komponentów, co w końcu zmusza urządzenie do obniżenia wydajności lub przeniesienia niekomfortowej temperatury do ramy. Ograniczenia cieplne mogą wpływać na kilka aspektów doświadczenia użytkownika. Procesory mogą ograniczać wydajność podczas długotrwałych obciążeń sztucznej inteligencji, aparaty mogą nakładać ograniczenia na nagrywanie, a wyświetlacze mogą obniżać jasność, aby kontrolować temperatury. Ciepło wytwarzane w ramie może również sprawić, że okulary będą niekomfortowe podczas długotrwałego użytkowania.

Mikro-Wentylator Zbudowany Z Wykorzystaniem Technologii Półprzewodnikowej

XMC-1200 nie przypomina miniaturowych wentylatorów obrotowych znalezionych w laptopach lub innych urządzeniach konsumenckich. Zamiast tego jest wytworzony z krzemu przy użyciu platformy piezoelektrycznych mikro-maszyn xMEMS, czyli piezoMEMS.

Gdy napięcie jest przyłożone do cienkiej warstwy piezoelektrycznej, materiał rozszerza się i kurczy w ultradźwiękowych częstotliwościach. To ruch napędza mikroskopijne membrany, które generują ciągłe pulsacje powietrza przez precyzyjne struktury zaworowe. Wynikający z tego przepływ powietrza może być skierowany w stronę procesora, silnika wyświetlacza, czujnika lub innego skoncentrowanego źródła ciepła. Konstrukcja unika obrotowych silników i łożysk stosowanych w konwencjonalnych wentylatorach. To pozwala na umieszczenie urządzenia chłodzącego w pakiecie o grubości około jednego milimetra, redukując jednocześnie złożoność mechaniczną, hałas i wibracje.

XMC-1200 może dostarczyć przepływ powietrza do 10 cubic centymetrów na sekundę i ciśnienie wstecznego do 1,100 paskali, zgodnie z bieżącymi specyfikacjami produktu. Jest również oceniany jako IP68 na odporność na pył i wodę, co jest ważnym czynnikiem dla elektroniki przeznaczonej do noszenia przez cały dzień. Zamiast zastępować rozpraszacze ciepła lub inne składniki bierne, chip jest przeznaczony do uzupełnienia ich. Aktywny przepływ powietrza rozprasza warstwę stagnującego ciepłego powietrza wokół gorącego komponentu, pozwalając ciepłu poruszać się bardziej efektywnie w szerszej strukturze cieplnej urządzenia.

Skierowane Chłodzenie Dla Wyświetlaczy, Procesorów I Aparatów

Jednym z potencjalnych zastosowań jest chłodzenie silników oświetlenia stosowanych w wyświetlaczach AR i XR.

Mikro-wyświetlacze LED i systemy laserowe mogą doświadczać zmian długości fali i natężenia wraz ze wzrostem temperatury. Te zmiany mogą przyczyniać się do zmian koloru, obniżenia jasności lub niespójności jakości obrazu podczas długotrwałego użytkowania. Skierowany przepływ powietrza mógłby pomóc utrzymać te komponenty w bardziej stabilnym zakresie roboczym.

Chłodzenie procesora stanowi kolejny przypadek użycia. Tłumaczenie w czasie rzeczywistym, interakcja głosowa, rozpoznawanie wizualne i inferencja sztucznej inteligencji na urządzeniu wymagają utrzymania wydajności obliczeniowej, a nie krótkich podwyższeń przetwarzania. Bez wystarczającej rezerwy cieplnej, układ systemu na chipie może szybko obniżyć swoją częstotliwość zegara, aby uniknąć przegrzania.

Okulary z aparatem również napotykają podobne ograniczenia. Wysokiej rozdzielczości czujniki obrazu, kodery wideo i połączenia bezprzewodowe wytwarzają ciepło jednocześnie podczas nagrywania. Aktywne chłodzenie w pobliżu tych komponentów mogłoby pozwolić producentom na dłuższe sesje nagrywania bez znacznego zwiększania rozmiaru ramy.

Ta sama technologia może również pomóc producentom kontrolować zewnętrzną temperaturę okularów. Usunięcie ciepła z elektroniki przed dotarciem do powierzchni ramy mogłoby sprawić, że urządzenia będą bardziej komfortowe podczas długotrwałego użytkowania.

Rozszerzanie Portfolio µCooling

XMC-1200 jest najmniejszym członkiem szerszego portfolio aktywnego chłodzenia rozwijanego przez xMEMS.

Firma xMEMS XMC-2400 jest przeznaczona dla aplikacji o wyższej mocy, w tym okularów XR, osobistych dysków stanowych i innych systemów krawędzi sztucznej inteligencji. Bieżące specyfikacje obejmują przepływ powietrza do 28 cubic centymetrów na sekundę i typowe zużycie mocy wynoszące około 150 miliwatów.

Większy model XMC-4800 jest skierowany do smartfonów, systemów magazynowania centrów danych i innych aplikacji wymagających większego przepływu powietrza. Firma wymienia ten produkt z przepływem powietrza do 48 cubic centymetrów na sekundę, a typowe zużycie mocy wynosi około 240 miliwatów. Wybór chipów na podstawie wielkości obudowy, dostępnej mocy, wymagań przepływu powietrza i lokalizacji poszczególnych punktów gorących.

Założona w 2018 roku firma xMEMS początkowo koncentrowała się na solid-state głośnikach MEMS dla słuchawek, zegarków, słuchawek i okularów. Firma od tego czasu rozszerzyła tę samą podstawową platformę piezoMEMS na zarządzanie ciepłem i zgłasza posiadanie ponad 300 udzielonych patentów na całym świecie. Przemysłowe Przyjęcie Zależy Od Występowania Na Poziomie Systemu

Utworzenie komponentu chłodzącego wystarczająco małego dla okularów inteligentnych jest tylko jednym z elementów wyzwania inżynieryjnego.

Producenci będą musieli określić, jak przepływ powietrza powinien poruszać się przez ramy, które mogą być uszczelnione przeciwko wilgoci i pyłowi. Będą również musieli ocenić, jak chip chłodzący wpływa na żywotność baterii, rozmieszczenie komponentów wewnętrznych, wydajność akustyczną, trwałość i temperatury zewnętrzne.

Relatywnie niskie wymagania mocy XMC-1200 mogą sprawić, że będzie on odpowiedni do selektywnej operacji. Urządzenie może aktywować chłodzenie tylko podczas nagrywania wideo, wymagającej inferencji sztucznej inteligencji, wysokiej jasności wyświetlacza lub innych długotrwałych obciążeń, a nie ciągłej pracy chipu.

Dłuższy harmonogram produkcji również wskazuje, że technologia pozostaje na wczesnym etapie. Chociaż próbki inżynieryjne są dostępne, urządzenia konsumenckie wykorzystujące XMC-1200 nie są prawdopodobnie pojawiające się, dopóki producenci nie zakończą obszernych testów i nie zintegrują chipu z przyszłymi projektami sprzętu.

Większy XMC-2400 już wszedł do produkcji masowej i wspiera pierwsze wdrożenia okularów, dając producentom obecnie dostępną opcję dla projektów z większą ilością miejsca lub wyższymi obciążeniami cieplnymi.

Aktywne Chłodzenie Może Przekształcić Nosiwalną Sztuczną Inteligencję

Okulary inteligentne tradycyjnie były projektowane wokół ścisłych ograniczeń cieplnych. Producenci zarządzali tymi ograniczeniami poprzez ograniczenia oprogramowania, przerywane obciążenia, obniżoną jasność wyświetlacza lub zachowawczą wydajność procesora.

Mikro-skala aktywnego chłodzenia tworzy kolejną opcję. Zamiast projektowania każdej funkcjonalności wokół stałego limitu cieplnego, przyszłe urządzenia nosimowe mogą dynamicznie usuwać ciepło podczas wymagających zadań i wracać do trybu biernego, gdy obciążenia maleją.

To mogłoby wspierać dłuższe sesje nagrywania, bardziej spójną jakość wyświetlacza i funkcje sztucznej inteligencji, które działają ciągle, a nie krótkimi podwyższonymi obciążeniami. Mogłoby również pozwolić na więcej przetwarzania na urządzeniu, zmniejszając zależność od smartfonów lub infrastruktury chmurowej.

Szersze znaczenie wykracza poza pojedynczy chip chłodzący. W miarę jak nosimowe komputery stają się bardziej zaawansowane, zarządzanie ciepłem będzie coraz bardziej wpływać na to, które doświadczenia sztucznej inteligencji mogą działać niezawodnie w urządzeniach, które są wystarczająco lekkie, aby być noszone przez cały dzień.