xMEMS inleder massproduktion av solid-state-kylchip för AI-glasögon och datacenterutrustning

När mer AI-bearbetning flyttas in i ett par glasögon eller en smartphone uppstår ett problem som snabbare kisel inte kan lösa på egen hand: värmen måste ta vägen någonstans. xMEMS Labs går vidare till massproduktion av sin teknik för solid-state-mikrokylning, som riktar sig till enheter som är för tunna för en konventionell fläkt och små komponenter i datacenter som behöver luftflöde nära en het punkt.

Företaget i Santa Clara uppger att produktionen har inletts av dess XMC-2400- och XMC-4800 µCooling-chip. De första kommersiella produkterna med XMC-2400 väntas i början av 2027. Det skiljer produktionsmilstolpen från när produkterna blir tillgängliga för konsumenter: att en komponent massproduceras betyder inte att en färdig telefon, ett headset eller en lagringsenhet redan finns till salu.

De två chippen är avsedda för olika termiska effektbudgetar. XMC-2400 är avsett för kompakta kantenheter, däribland AI- och XR-glasögon samt personliga SSD-enheter. XMC-4800 ger ett större luftflöde för smartphones, SSD-enheter för företag och andra datacentersubsystem med lägre effektförbrukning.

Så flyttar ett solid-state-kylchip luft

Tekniken använder xMEMS:s piezoMEMS-halvledarplattform för att skapa ett riktat luftflöde utan roterande blad eller lager. Företaget beskriver en helt kiseldominerad konstruktion som kan föra luft genom smala mikrokanaler och placeras nära processorer, minne, lagringsstyrenheter och andra värmealstrande komponenter.

Företagets tekniska översikt förklarar mekanismen mer ingående. Tunt piezoelektriskt material på kisel expanderar och drar ihop sig med ultraljudsfrekvenser. Mikroskopiska membran och ventilmatriser omvandlar rörelsen till luftpulser, medan kapslingar med öppningar upptill eller på sidan riktar luftflödet mot målet.

”Solid-state” beskriver alltså frånvaron av en traditionell fläktenhet med roterande delar, inte frånvaron av fysisk rörelse. Luftflödet kommer från små vibrerande strukturer. Den skillnaden är viktig när enheten jämförs med passiva material, som sprider värme men inte aktivt pumpar luft.

Vad produktionsspecifikationerna visar

I det tillhandahållna produktionsmeddelandet anges följande specifikationer, som också överensstämmer med den aktuella produktsidan. Uppgifterna om luftflöde, mottryck och effektförbrukning är tillverkarens specifikationer; maxvärdena ska inte tolkas som en garanti för att varje installerat system kan uppnå dem samtidigt.

Mottryck är relevant eftersom luft i en kompakt produkt kan behöva ta sig fram genom en trång passage. En uppgift om luftflöde säger inte i sig hur mycket luft som når den heta punkten när chipet har integrerats med kanaler, ventiler och kringliggande hårdvara. Det samlade kylresultatet beror på systemets utformning.

xMEMS uppger att kunder vid tester av glasögon, smartphones och SSD-enheter har uppnått temperatursänkningar på 10–25 °C på chip- och systemnivå. I tillkännagivandet identifieras inte enheterna och någon gemensam testmetod anges inte, så siffrorna är exempel på rapporterade resultat snarare än en allmänt förväntad temperatursänkning.

Därför är uthållig prestanda viktig för AI vid kanten

Korta benchmarkkörningar och långvariga arbetsbelastningar kan ge olika upplevelser. En enhet kan under en kort stund köra en krävande modell i hög hastighet och sedan sänka processorns klockfrekvens när värmen byggs upp. För tillämpningar som kontinuerlig bildbehandling eller assistans i realtid kan det vara viktigare att bibehålla prestandan över tid än att nå ett toppresultat.

I sin vitbok om termisk hantering för AI vid kanten menar xMEMS att smartphones, SSD-enheter och AI-glasögon står inför samma begränsning: en ökande beräkningstäthet i höljen med mycket litet utrymme för kylning. Företaget framhåller aktiv mikrokylning som ett sätt att tillföra lokal konvektion vid sidan av befintliga värmeavledande strukturer.

Aktiv kylning förbrukar också ström. Den tekniska frågan är om den extra termiska marginalen ger tillräckliga fördelar för att motivera strömförbrukningen, utrymmet som krävs för integrering och kostnaden. För glasögon måste konstruktionen också ta hänsyn till hur värmen når ytor nära bäraren; att flytta luft nära en processor visar inte i sig att den färdiga produkten är bekväm att bära.

Riktad kylning i datacenterutrustning

Användningen i datacenter är mer specifik än kylning av ett helt AI-rack. xMEMS pekar ut SSD-enheter, lasermoduler, minne, retimerkretsar och andra delsystem som mål för lokalt luftflöde. I sitt produktionsmeddelande beskriver företaget dessa som komponenter som kan dra nytta av kylningen, även när vätskekylningen koncentreras kring processorer och grafikprocessorer med hög effekt.

Det gör tekniken till ett möjligt komplement till större kylsystem. En liten luftpump nära en lagringsstyrenhet löser ett annat problem än att leda bort värme från en stor accelerator. Båda lösningarnas framgång beror på att det finns en väg som till slut för bort värmen från komponenten och in i det omgivande kylsystemet.

Från demonstrationer till produkter som kan tillverkas i stor skala

xMEMS presenterade XMC-2400 för första gången 2024. Produktionsbeskedet kommer efter en period av provleveranser och demonstrationer och ingår i företagets bredare produktportfölj, där även XMC-1200 för mindre komponenter i smartglasögon ingår. Vår tidigare rapportering om xMEMS miniatyriserade kylteknik handlade om den separata produktlanseringen.

Mike Housholder, vice vd och chef för xMEMS:s affärsenhet för värmehantering, beskriver massproduktionen som ett steg mot att kunna möta kundernas efterfrågan i stor skala. Företaget framställer också sin kiselarkitektur som en möjlig framtida väg till värmelösningar som kapslas tillsammans med edge-AI-processorer. Det är en utvecklingsinriktning, inte en produktfunktion som har bekräftats i det här beskedet.

Nästa användbara belägg kommer från färdiga system: prestanda över tid, yttemperaturer, påverkan på batteriet, tillförlitlighet och tillverkningsutbyte. När mikrokylningen går in i produktion blir den mer än en komponentdemonstration. Det blir tydligare om tekniken kan förändra de praktiska begränsningarna för AI-enheter som bärs på kroppen och kompakt lagring när kunderna börjar lansera integrerade produkter.