xMEMS เปิดตัวชิปทำความเย็นแบบโซลิดสเตตขนาดเล็กสำหรับแว่นอัจฉริยะ

xMEMS Labs ได้เปิดตัว XMC-1200 ซึ่งเป็นแฟนขนาดเล็กที่ออกแบบมาเพื่อแก้ไขปัญหาที่ยั่งยืนมากที่สุดของแว่นอัจฉริยะ ซึ่งก็คือการทำความเย็น

บริษัท xMEMS ที่ตั้งอยู่ในซานตาคลารา ได้อธิบาย XMC-1200 ว่าเป็นแฟนขนาดเล็กที่มีขนาดเล็กที่สุดในโลก โดยมีพื้นที่ 46 ตารางมิลลิเมตร และการบริโภคพลังงานโดยทั่วไปประมาณ 70 มิลลิวัตต์ เมื่อใช้ร่วมกับแอปพลิเคชัน Astra2 ของบริษัท ชิปนี้มีขนาดเล็กพอที่จะรวมเข้ากับขาแว่นของแว่นอัจฉริยะ (AR), แว่นความเป็นจริงเสมือน (XR) และแว่นอัจฉริยะที่มี AI

ภายใต้ภาระความร้อน 1 วัตต์ xMEMS ระบุว่าระบบสามารถลดอุณหภูมิได้มากถึง 10 องศาเซลเซียส ตัวอย่างการออกแบบมีจำหน่ายแล้วภายใต้ข้อตกลงไม่เปิดเผยข้อมูลให้กับผู้ผลิตและผู้ร่วมทุนด้านเทคโนโลยีที่มีคุณสมบัติเหมาะสม โดยมีเป้าหมายการผลิตในไตรมาสที่ 4 ของปี 2027 แว่นอัจฉริยะกำลังเผชิญกับปัญหาเรื่องความร้อน

แว่นอัจฉริยะกำลังพัฒนาจากอุปกรณ์เสริมที่มีกล้องและเสียงที่เรียบง่าย ไปสู่แพลตฟอร์มคอมพิวเตอร์ที่มีขนาดกะทัดรัด ซึ่งสามารถรันการมองเห็นของคอมพิวเตอร์ การแปลแบบเรียลไทม์ ผู้ช่วยหลายรูปแบบ การนำทาง และจอแสดงผลความละเอียดสูง

ความสามารถเหล่านี้ต้องการโปรเซสเซอร์ที่มีพลังมากขึ้น เซ็นเซอร์ภาพ การเชื่อมต่อ และเครื่องกำเนิดแสง ซึ่งทั้งหมดนี้จะสร้างความร้อนภายในอุปกรณ์ที่ต้องมีน้ำหนักเบา ไม่มีเสียง และสบายต่อผิวหนังของผู้สวม

ระบบทำความเย็นแบบพาสซีฟแบบดั้งเดิม รวมถึงแผ่นกราฟิต ผ้าปิดความร้อน ห้องวapor และห้องทำความเย็น สามารถกระจายความร้อนภายในอุปกรณ์ได้ แต่ไม่สามารถสร้างกระแสลมได้ ในหีบห่อที่ปิดสนิท ความร้อนสามารถถูกกักเก็บไว้รอบๆ โปรเซสเซอร์และส่วนประกอบอื่นๆ สุดท้ายจะบังคับให้อุปกรณ์ลดประสิทธิภาพหรือส่งความร้อนไม่สบายให้กับเฟรม ข้อจำกัดด้านความร้อน สามารถส่งผลกระทบต่อหลายด้านของประสบการณ์ของผู้ใช้ โปรเซสเซอร์อาจลดความเร็วระหว่างการทำงาน AI ที่ยั่งยืน กล้องอาจกำหนดข้อจำกัดในการบันทึก และจอแสดงผลอาจลดความสว่างเพื่อควบคุมอุณหภูมิ ความร้อนภายในขาแว่นสามารถทำให้แว่นไม่สบายระหว่างการใช้งานที่ยาวนาน

แฟนขนาดเล็กที่สร้างขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์

XMC-1200 ไม่เหมือนกับแฟนขนาดเล็กที่พบในแล็ปท็อปหรืออุปกรณ์อื่นๆ แต่สร้างขึ้นจากซิลิกอนโดยใช้แพลตฟอร์ม piezoelectric microelectromechanical systems (piezoMEMS) ของ xMEMS

เมื่อมีการใช้แรงดันไฟฟ้ากับฟิล์ม piezoelectric ที่บาง ความร้อนจะขยายและหดตัวที่ความถี่อัลตราซาวนด์ การเคลื่อนไหวนี้จะขับเคลื่อนเมมเบรนที่สร้างกระแสลมอย่างต่อเนื่องผ่านโครงสร้างวาล์วที่แม่นยำ กระแสลมที่ได้สามารถมุ่งไปที่โปรเซสเซอร์ จอแสดงผล เซ็นเซอร์ หรือแหล่งความร้อนที่มีพลังมาก

XMC-1200 สามารถส่งกระแสลมได้มากถึง 10 ลูกบาศก์เซนติเมตรต่อวินาที และความดันถอยหลังได้มากถึง 1,100 ปาสคาล ตามคุณสมบัติผลิตภัณฑ์ปัจจุบันของบริษัท นอกจากนี้ยังมีการจัดอันดับ IP68 สำหรับการต้านทานฝุ่นและน้ำ ซึ่งเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องสวมใส่ตลอดทั้งวัน แทนที่จะแทนที่แผ่นกระจายความร้อนหรือส่วนประกอบพาสซีฟอื่นๆ ชิปนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อเสริมสิ่งเหล่านั้น กระแสลมที่ใช้งานอยู่จะขัดขวางชั้นของอากาศอุ่นที่ไม่เคลื่อนไหวรอบๆ ส่วนประกอบร้อน ทำให้ความร้อนสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นเข้าสู่โครงสร้างความร้อนที่กว้างขึ้นของอุปกรณ์

การทำความเย็นที่มุ่งเป้าไปที่จอแสดงผล โปรเซสเซอร์ และกล้อง

หนึ่งในแอปพลิเคชันที่เป็นไปได้คือการทำความเย็นของเครื่องกำเนิดแสงสำหรับจอแสดงผล AR และ XR

ไดโอด LED และระบบเลเซอร์สำหรับจอแสดงผลขนาดเล็กสามารถมีการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นและเอาต์พุตเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้อาจส่งผลต่อการเปลี่ยนสี ความสว่างที่ลดลง หรือคุณภาพของภาพที่ไม่สอดคล้องกันระหว่างการใช้งานที่ยาวนาน กระแสลมที่มุ่งเป้าสามารถช่วยให้ส่วนประกอบเหล่านี้อยู่ในพื้นที่การทำงานที่เสถียรมากขึ้น

การทำความเย็นของโปรเซสเซอร์นำเสนอกรณีการใช้งานอื่น การแปลแบบเรียลไทม์ การโต้ตอบด้วยเสียง การรู้จำภาพ และการอนุมาน AI บนอุปกรณ์ ต้องการประสิทธิภาพการประมวลผลที่ยั่งยืนมากกว่าการประมวลผลที่สั้นๆ หากไม่มีพื้นที่ความร้อนที่เพียงพอ ระบบบนชิปอาจลดความเร็วของคล็อกเพื่อป้องกันการอุ่นเกิน

แว่นที่มีกล้องต้องเผชิญกับข้อจำกัดที่คล้ายกัน เซ็นเซอร์ภาพความละเอียดสูง เครื่องเข้ารหัสวิดีโอ และการเชื่อมต่อไร้สายสร้างความร้อนพร้อมกันระหว่างการบันทึก กระแสลมที่ใช้งานอยู่ใกล้ส่วนประกอบเหล่านี้สามารถช่วยให้ผู้ผลิตสนับสนุนการบันทึกที่ยาวขึ้นโดยไม่ต้องเพิ่มขนาดเฟรมอย่างมาก

เทคโนโลยีเดียวกันนี้ยังช่วยให้ผู้ผลิตสามารถควบคุมอุณหภูมิภายนอกของแว่นได้ การเคลื่อนย้ายความร้อนออกจากอิเล็กทรอนิกส์ก่อนที่จะถึงพื้นผิวของขาแว่นสามารถทำให้อุปกรณ์สวมใส่สบายยิ่งขึ้นระหว่างการสวมใส่ที่ยาวนาน

การขยายพอร์ตโฟลิโอการทำความเย็น µCooling

XMC-1200 เป็นสมาชิกที่เล็กที่สุดของพอร์ตโฟลิโอการทำความเย็นที่ใช้งานอยู่ที่กำลังพัฒนาโดย xMEMS

บริษัท XMC-2400 ได้รับการออกแบบสำหรับการใช้งานที่มีพลังงานสูง รวมถึงแว่น XR, ไดรฟ์ SSD ส่วนบุคคล และระบบ AI ขอบตามข้อมูลจำเพาะปัจจุบัน รวมถึงกระแสลมสูงสุด 28 ลูกบาศก์เซนติเมตรต่อวินาที และการบริโภคพลังงานโดยทั่วไปประมาณ 150 มิลลิวัตต์

รุ่น XMC-4800 ที่ใหญ่ขึ้นเป้าหมายไปที่สมาร์ทโฟน ระบบจัดเก็บข้อมูลศูนย์ข้อมูล และการใช้งานอื่นๆ ที่ต้องการกระแสลมที่มากขึ้น บริษัทระบุผลิตภัณฑ์นี้ไว้ที่ 48 ลูกบาศก์เซนติเมตรต่อวินาที โดยมีการบริโภคพลังงานโดยทั่วไปประมาณ 240 มิลลิวัตต์ สิ่งนี้สะท้อนถึงกลยุทธ์ที่กว้างขึ้นของการใช้เทคนิคการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ในการจัดการความร้อนในหมวดอุปกรณ์ที่แตกต่างกัน แทนที่จะใช้การออกแบบแฟนเดียวสำหรับผลิตภัณฑ์ทุกชิ้น ผู้ผลิตสามารถเลือกชิปตามขนาดของหีบห่อ พลังงานที่มีอยู่ ความต้องการกระแสลม และตำแหน่งของจุดร้อนที่แตกต่างกัน

ก่อตั้งขึ้นในปี 2018 xMEMS มุ่งเน้นไปที่การออกแบบสปีกเกอร์ MEMS ที่มีความแข็งแรงสำหรับหูฟัง สมาร์ทวอทช์ หูฟัง และแว่นอัจฉริยะ ตั้งแต่นั้นมา บริษัทได้ขยายแพลตฟอร์ม piezoMEMS ไปสู่การจัดการความร้อนและรายงานการถือสิทธิบัตรที่ได้รับอนุมัติมากกว่า 300 รายการในระดับโลก การนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์จะขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพระดับระบบ

การทำให้ส่วนประกอบการทำความเย็นขนาดเล็กพอที่จะใส่ในแว่นอัจฉริยะเป็นเพียงส่วนหนึ่งของความท้าทายด้านวิศวกรรม

ผู้ผลิตจะต้องกำหนดว่ากระแสลมควรเคลื่อนที่ผ่านเฟรมที่อาจปิดสนิทกับฝุ่นและความชื้น พวกเขายังต้องประเมินว่าชิปการทำความเย็นจะส่งผลต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ การวางตำแหน่งส่วนประกอบภายใน การทำงานทางเสียง ความทนทาน และอุณหภูมิภายนอก

ความต้องการพลังงานที่ค่อนข้างต่ำของ XMC-1200 อาจทำให้เหมาะสมสำหรับการทำงานแบบเลือกสรร อุปกรณ์อาจเปิดใช้งานการทำความเย็นเฉพาะในช่วงการบันทึกวิดีโอ การอนุมาน AI ที่ต้องการ หรือการทำงานที่ยั่งยืนอื่นๆ แทนที่จะทำงานชิปอย่างต่อเนื่อง

ตารางการผลิตที่ยาวกว่านี้บ่งชี้ว่าเทคโนโลยียังคงอยู่ในขั้นตอนต้น แม้ว่าตัวอย่างการออกแบบจะพร้อมใช้งานแล้ว แต่ไม่น่าจะมีอุปกรณ์สำหรับผู้บริโภคที่ใช้ XMC-1200 จนกว่าผู้ผลิตจะทดสอบอย่างครอบคลุมและรวมชิปเข้ากับการออกแบบฮาร์ดแวร์ในอนาคต

XMC-2400 ที่ใหญ่ขึ้นได้เข้าสู่การผลิตจำนวนมากแล้ว และสนับสนุนการนำไปใช้กับแว่นอัจฉริยะครั้งแรกของบริษัท ทำให้ผู้ผลิตมีตัวเลือกที่มีอยู่แล้วสำหรับการออกแบบที่มีพื้นที่มากขึ้นหรือมีภาระความร้อนที่สูงกว่า

การทำความเย็นที่ใช้งานอยู่อาจเปลี่ยนแปลงรูปร่างของ AI ที่สวมใส่ได้

แว่นอัจฉริยะได้รับการออกแบบมาโดยรอบข้อจำกัดด้านความร้อนอย่างเข้มงวด

การทำความเย็นขนาดเล็กที่ใช้งานอยู่สร้างตัวเลือกอื่น แทนที่จะออกแบบความสามารถทุกอย่างรอบๆ เพดานความร้อนที่กำหนด อนาคตของอุปกรณ์ที่สวมใส่จะสามารถกำจัดความร้อนได้อย่างไดนามิกระหว่างงานที่ต้องการและกลับสู่การทำงานแบบพาสซีฟเมื่อภาระงานลดลง

สิ่งนี้สามารถสนับสนุนการบันทึกที่ยาวขึ้น คุณภาพของจอแสดงผลที่สม่ำเสมอ และคุณสมบัติ AI ที่ทำงานอย่างต่อเนื่องแทนที่จะทำงานเป็นช่วงสั้นๆ นอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถประมวลผลมากขึ้นบนอุปกรณ์ ลดการพึ่งพาสมาร์ทโฟนหรือโครงสร้างพื้นฐานคลาวด์

ความสำคัญในวงกว้างขยายออกไปนอกเหนือจากชิปการทำความเย็นเพียงตัวเดียว เมื่อคอมพิวเตอร์ที่สวมใส่กลายเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น การจัดการความร้อนจะส่งผลต่อประสบการณ์ AI ที่สามารถทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือภายในอุปกรณ์ที่มีน้ำหนักเบาพอที่จะสวมใส่ตลอดทั้งวัน