xMEMS Lansează Chip de Răcire Solidă Miniatură pentru Ochelari Inteligenți

xMEMS Labs a introdus XMC-1200, un ventilator micro solid-state conceput pentru a aborda una dintre cele mai persistente obstacole cu care se confruntă ochelarii inteligenți, și anume problema căldurii, care face cadrele mai grele, mai groase sau mai zgomotoase.

Compania de semiconductor cu sediul în Santa Clara descrie XMC-1200 ca fiind cel mai mic ventilator micro activ din lume. Cu o suprafață de 46 de milimetri pătrați și o consumare tipică de aproximativ 70 de miliwatti atunci când este asociat cu circuitul integrat aplicativ Astra2, chipul este suficient de mic pentru a fi integrat în brațele templelor ochelarilor de realitate augmentată (AR), realitate extinsă (XR) și ochelari cu inteligență artificială (AI).

Sub o sarcină termică de un watt, xMEMS afirmă că sistemul poate reduce temperatura cu până la 10°C. Mostrele de inginerie sunt acum disponibile sub acord de confidențialitate pentru producători și parteneri tehnologici calificați, cu țintă de a fi gata pentru producție în trimestrul al patrulea al anului 2027. Ochelarii inteligenți se confruntă cu o problemă de căldură

Ochelarii inteligenți evoluează treptat de la simple accesorii de cameră și audio la platforme de calcul compacte capabile să ruleze viziunea calculatorului, traducerea în timp real, asistenții multi-modali, navigația și afișajele de înaltă rezoluție.

Capacitățile respective necesită procesoare din ce în ce mai puternice, senzori de imagine, componente de conectivitate și motoare de lumină. Fiecare dintre acestea generează căldură în interiorul unui dispozitiv care trebuie să rămână ușor, silențios și confortabil împotriva pielii purtătorului.

Sistemele de răcire pasive tradiționale, inclusiv foi de grafit, pastile termice, răspânditori de căldură și camere de vapori, pot redistribui căldura în interiorul unui dispozitiv. Cu toate acestea, ele nu pot crea flux de aer. În carcase etanșe, căldura poate fi capturată în jurul procesoarelor și altor componente, forțând în cele din urmă dispozitivul să reducă performanța sau să transfere temperaturi neconfortabile cadrului. Restricțiile termice pot afecta mai multe aspecte ale experienței utilizatorului. Procesoarele pot reduce viteza de ceas în timpul sarcinilor de lucru AI prelungite, camerele pot impune limite de înregistrare, iar afișajele pot reduce luminozitatea pentru a controla temperaturile. Căldura generată în interiorul unui braț de templu poate face, de asemenea, ochelarii neconfortabili în timpul utilizării prelungite.

Un Ventilator Micro Construit Utilizând Tehnologia Semiconductoare

XMC-1200 nu seamănă cu ventilatoarele miniaturale rotative găsite în laptopuri sau alte electronice de consum. În schimb, este fabricat din siliciu utilizând platforma de sisteme microelectromecanice piezoelectrice, sau piezoMEMS, a xMEMS.

Când se aplică o tensiune unui film subțire piezoelectric, materialul se extinde și se contractă la frecvențe ultrasonice. Această mișcare acționează membrane microscopice care generează pulsații continue de aer prin structuri de valvă de precizie. Fluxul de aer rezultat poate fi direcționat către un procesor, motor de afișare, senzor sau o altă sursă concentrată de căldură. Această arhitectură evită motoarele rotative și rulmenții utilizați în ventilatoarele convenționale. Acest lucru permite dispozitivului de răcire să funcționeze într-un pachet de aproximativ un milimetru și să reducă complexitatea mecanică, zgomotul auditiv și vibrațiile.

XMC-1200 poate furniza un flux de aer de până la 10 centimetri cubi pe secundă și o presiune de retur de până la 1.100 de pascali, conform specificațiilor actuale ale produsului. De asemenea, este evaluat IP68 pentru rezistență la praf și apă, o considerație importantă pentru electronicele destinate a fi purtate pe tot parcursul zilei. În loc să înlocuiască răspânditori de căldură sau alte componente pasive, chipul este destinat să le completeze. Fluxul de aer activ perturbă stratul de aer cald stagnant din jurul unui component fierbinte, permițând căldurii să se deplaseze mai eficient în structura termică mai largă a dispozitivului.

Răcire Dirijată pentru Afișaje, Procesoare și Camere

O aplicație potențială este răcirea motoarelor de lumină utilizate în afișajele AR și XR.

LED-urile de afișare micro și sistemele cu laser pot experimenta modificări ale lungimii de undă și ale ieșirii pe măsură ce temperaturile lor cresc. Aceste modificări pot contribui la schimbări de culoare, luminozitate redusă sau calitate a imaginii inconsistentă în timpul utilizării prelungite. Fluxul de aer dirijat poate ajuta la menținerea acestor componente într-un interval de funcționare mai stabil.

Răcirea procesorului prezintă un alt caz de utilizare. Traducerea în timp real, interacțiunea vocală, recunoașterea vizuală și inferența AI pe dispozitiv necesită o performanță de calcul susținută, mai degrabă decât perioade scurte de procesare. Fără suficientă marjă termică, un sistem pe cip poate reduce rapid viteza ceasului pentru a preveni supraîncălzirea.

Ochelarii cu cameră se confruntă cu constrângeri similare. Senzorii de imagine de înaltă rezoluție, codificatoarele video și conexiunile wireless generează căldură simultan în timpul înregistrării. Răcirea activă aproape de aceste componente poate permite producătorilor să susțină sesiuni de înregistrare mai lungi fără a crește dramatic dimensiunile cadrului.

Aceeași tehnologie poate ajuta, de asemenea, producătorii să controleze temperatura externă a ochelarilor. Îndepărtarea căldurii de la electronice înainte de a ajunge la suprafața unui braț de templu poate face dispozitivele mai confortabile în timpul purtării prelungite.

Extinderea Portofoliului µCooling

XMC-1200 este cel mai mic membru al unui portofoliu mai larg de răcire activă, care este în curs de dezvoltare de către xMEMS.

Modelul XMC-2400 al companiei este destinat aplicațiilor cu putere mai mare, inclusiv ochelari XR, dispozitive de stocare solide și alte sisteme AI de margine. Specificațiile sale actuale includ un flux de aer de până la 28 de centimetri cubi pe secundă și o consumare tipică de aproximativ 150 de miliwatti.

Modelul XMC-4800 mai mare al companiei se adresează smartphone-urilor, sistemelor de stocare a centrelor de date și altor aplicații care necesită un flux de aer mai mare. Compania listează acest produs la un flux de aer de până la 48 de centimetri cubi pe secundă, cu o consumare tipică de aproximativ 240 de miliwatti. Aceasta reflectă o strategie mai largă de aplicare a tehnicilor de fabricație a semiconductoarelor pentru managementul termic în diferite categorii de dispozitive. În loc de a utiliza o singură proiectare de ventilator pentru fiecare produs, producătorii ar putea selecta chipuri în funcție de dimensiunea carcasei, puterea disponibilă, cerințele de flux de aer și locația individuală a punctelor fierbinți.

Înființată în 2018, xMEMS s-a concentrat inițial pe difuzoare solide MEMS pentru căști, ceasuri inteligente, ochelari și alte dispozitive. Compania a extins ulterior aceeași platformă de bază piezoMEMS în managementul termic și deține peste 300 de brevete acordate la nivel mondial. Adoptarea comercială va depinde de performanța la nivel de sistem

Realizarea unui component de răcire suficient de mic pentru ochelarii inteligenți este doar o parte a provocării inginerești.

Producătorii vor trebui să determine cum ar trebui să se deplaseze fluxul de aer prin cadre care pot fi etanșate împotriva umezelii și a prafului. De asemenea, vor trebui să evalueze modul în care chipul de răcire afectează durata de viață a bateriei, amplasarea componentelor interne, performanța acustică, durabilitatea și temperaturile exterioare.

Cerințele relativ scăzute de putere ale XMC-1200 ar putea face ca acesta să fie potrivit pentru funcționarea selectivă. Un dispozitiv ar putea activa răcirea doar în timpul înregistrării video, inferenței AI solicitante, luminozității afișajului ridicată sau a altor sarcini de lucru prelungite, mai degrabă decât a rula chipul în mod continuu.

Programul de producție mai lung indică, de asemenea, faptul că tehnologia se află încă la o etapă incipientă. Deși mostrele de inginerie sunt disponibile, dispozitivele consumatorilor care utilizează XMC-1200 sunt puțin probabil să apară până când producătorii finalizează testele extensive și integrează chipul în proiectele de hardware viitoare.

Modelul XMC-2400 mai mare a intrat deja în producție de masă și susține primele implementări ale companiei legate de ochelari, oferind producătorilor o opțiune disponibilă în prezent pentru proiecte cu spațiu mai mare sau încărcături termice mai mari.

Răcirea Activă Ar Putea Reshaped Wearable AI

Ochelarii inteligenți au fost proiectați în mod tradițional în jurul unor limite termice stricte. Producătorii au gestionat aceste limite prin restricții de software, sarcini de lucru intermitente, luminozitate redusă a afișajului sau performanță conservatoare a procesorului.

Răcirea micro la scară activă creează o altă opțiune. În loc de a proiecta fiecare capacitate în jurul unui plafon de căldură fix, dispozitivele purtabile viitoare ar putea îndepărta dinamic căldura în timpul sarcinilor solicitante și reveni la funcționarea pasivă atunci când sarcinile de lucru scad.

Acest lucru ar putea susține sesiuni de înregistrare mai lungi, o calitate a afișajului mai consistentă și caracteristici AI care funcționează în mod continuu, mai degrabă decât în perioade scurte de procesare. De asemenea, ar putea permite mai multă procesare să rămână pe dispozitiv, reducând dependența de telefoane inteligente sau infrastructură de cloud.

Însemnătatea mai largă se extinde dincolo de un singur chip de răcire. Pe măsură ce calculatoarele purtabile devin mai capabile, managementul termic va influența din ce în ce mai mult care experiențe AI pot funcționa în mod fiabil în interiorul dispozitivelor suficient de ușoare pentru a fi purtate pe tot parcursul zilei.