xMEMS Ra Mắt Chip Làm Mát Cỡ Lượng Tử Cho Kính Thông Minh

xMEMS Labs đã giới thiệu XMC-1200, một quạt micro trạng thái rắn được thiết kế để giải quyết một trong những trở ngại dai dẳng nhất đối với kính thông minh, đó là làm cho khung kính trở nên nặng nề, dày hơn hoặc ồn ào hơn.

Công ty bán dẫn có trụ sở tại Santa Clara mô tả XMC-1200 là quạt micro chủ động nhỏ nhất trên thế giới. Với diện tích 46 mm vuông và tiêu thụ điện năng khoảng 70 milliwatt khi kết hợp với ứng dụng mạch tích hợp cụ thể của công ty, con chip này đủ nhỏ để được tích hợp vào phần khung của kính thực tế ảo (AR), thực tế mở rộng (XR) và kính thông minh AI.

Dưới tải nhiệt 1 watt, xMEMS cho biết hệ thống có thể giảm nhiệt độ xuống tới 10°C. Các mẫu kỹ thuật đang có sẵn dưới thỏa thuận bảo mật cho các nhà sản xuất và đối tác công nghệ đủ tiêu chuẩn, với mục tiêu sẵn sàng sản xuất vào quý 4 năm 2027. Kính Thông Minh Đang Gặp Vấn Đề Nhiệt

Kính thông minh đang dần phát triển từ các phụ kiện máy ảnh và âm thanh đơn giản thành các nền tảng máy tính compact có khả năng chạy tầm nhìn máy tính, dịch thời gian thực, trợ lý đa phương tiện, điều hướng và màn hình độ phân giải cao.

Các khả năng này đòi hỏi các bộ xử lý ngày càng mạnh mẽ, cảm biến hình ảnh, các thành phần kết nối và động cơ ánh sáng. Mỗi thành phần này đều tạo ra nhiệt bên trong thiết bị phải nhẹ, yên tĩnh và thoải mái trên da người đeo.

Các hệ thống làm mát thụ động truyền thống, bao gồm cả giấy than, tấm nhiệt, bộ tản nhiệt và buồng hơi, có thể phân phối nhiệt trên toàn thiết bị. Tuy nhiên, chúng không thể tạo ra luồng không khí. Trong các vỏ bọc kín, nhiệt có thể bị mắc kẹt xung quanh các bộ phận và cuối cùng buộc thiết bị phải giảm hiệu suất hoặc truyền nhiệt không thoải mái đến khung.

Thermal constraints có thể ảnh hưởng đến nhiều khía cạnh của trải nghiệm người dùng. Bộ xử lý có thể giảm hiệu suất trong quá trình làm việc AI liên tục, máy ảnh có thể áp dụng giới hạn ghi, và màn hình có thể giảm độ sáng để kiểm soát nhiệt độ. Nhiệt sinh ra trong phần khung cũng có thể khiến kính trở nên không thoải mái trong quá trình sử dụng kéo dài.

Quạt Micro Được Xây Dựng Bằng Công Nghệ Bán Dẫn

XMC-1200 không giống như các quạt mini được tìm thấy trong máy tính xách tay hoặc các thiết bị điện tử tiêu dùng khác. Thay vào đó, nó được chế tạo từ silicon bằng cách sử dụng nền tảng hệ thống micro điện cơ piezoelectric (piezoMEMS) của xMEMS.

Khi điện áp được áp dụng cho một lớp màng piezoelectric mỏng, vật liệu sẽ giãn nở và co lại ở tần số siêu âm. Chuyển động này sẽ thúc đẩy các màng vi mô tạo ra các xung không khí liên tục thông qua cấu trúc van chính xác. Lưu lượng không khí có thể được hướng đến bộ xử lý, động cơ hiển thị, cảm biến hoặc nguồn nhiệt tập trung. Thiết kế này tránh sử dụng động cơ quay và vòng bi được sử dụng trong các quạt thông thường. Điều này cho phép thiết bị làm mát hoạt động trong gói có độ dày khoảng một milimét trong khi giảm độ phức tạp cơ học, tiếng ồn và rung.

XMC-1200 có thể cung cấp lưu lượng không khí lên đến 10 cm³ mỗi giây và áp suất ngược lên đến 1.100 pascal, theo thông số sản phẩm hiện tại của công ty. Nó cũng được đánh giá là IP68 về khả năng chống bụi và nước, một yếu tố quan trọng đối với các thiết bị điện tử được thiết kế để đeo suốt cả ngày. Thay vì thay thế các bộ phận tản nhiệt hoặc các thành phần thụ động khác, con chip này được thiết kế để bổ sung cho chúng. Lưu lượng không khí chủ động phá vỡ lớp không khí tĩnh xung quanh một thành phần nóng, cho phép nhiệt di chuyển hiệu quả hơn vào cấu trúc nhiệt rộng lớn hơn của thiết bị.

Làm Mát Nhắm Tiêu Cho Màn Hình, Bộ Xử Lý Và Máy Ảnh

Một ứng dụng tiềm năng là làm mát các động cơ ánh sáng được sử dụng trong màn hình AR và XR.

Các hệ thống phát sáng microdisplay và laser có thể trải qua sự thay đổi về bước sóng và đầu ra khi nhiệt độ của chúng tăng lên. Những thay đổi này có thể góp phần gây ra sự thay đổi màu sắc, giảm độ sáng hoặc chất lượng hình ảnh không nhất quán trong quá trình sử dụng kéo dài. Lưu lượng không khí nhắm tiêu có thể giúp giữ các thành phần này trong phạm vi hoạt động ổn định hơn.

Làm mát bộ xử lý trình bày một trường hợp sử dụng khác. Dịch thời gian thực, tương tác giọng nói, nhận dạng hình ảnh và suy luận AI trên thiết bị đòi hỏi hiệu suất tính toán liên tục chứ không phải các xung tính toán ngắn. Nếu không có đủ không gian nhiệt, một hệ thống trên chip có thể nhanh chóng giảm tốc độ xung nhịp để ngăn chặn quá nhiệt.

Máy ảnh trên kính cũng phải đối mặt với các hạn chế tương tự. Các cảm biến hình ảnh độ phân giải cao, mã hóa video và kết nối không dây tạo ra nhiệt đồng thời trong quá trình ghi. Làm mát chủ động gần các thành phần này có thể cho phép các nhà sản xuất hỗ trợ các phiên ghi dài hơn mà không cần tăng đáng kể kích thước khung.

Công nghệ này cũng có thể giúp các nhà sản xuất kiểm soát nhiệt độ bên ngoài của kính. Di chuyển nhiệt từ các thiết bị điện tử trước khi nó đạt đến bề mặt của phần khung có thể làm cho thiết bị trở nên thoải mái hơn trong quá trình sử dụng kéo dài.

Mở Rộng Danh Mục µCooling

XMC-1200 là thành viên nhỏ nhất trong danh mục làm mát chủ động đang được xMEMS phát triển.

Sản phẩm XMC-2400 của công ty được thiết kế cho các ứng dụng có công suất cao hơn, bao gồm kính XR, ổ đĩa trạng thái rắn cá nhân và các hệ thống AI biên khác. Thông số kỹ thuật hiện tại của nó bao gồm lưu lượng không khí lên đến 28 cm³ mỗi giây và tiêu thụ điện năng khoảng 150 milliwatt.

Mô hình XMC-4800 lớn hơn nhắm vào các ứng dụng như điện thoại thông minh, hệ thống lưu trữ trung tâm dữ liệu và các ứng dụng khác đòi hỏi lưu lượng không khí lớn hơn. Công ty liệt kê sản phẩm này với lưu lượng không khí lên đến 48 cm³ mỗi giây, với tiêu thụ điện năng khoảng 240 milliwatt. Điều này phản ánh chiến lược rộng lớn hơn của việc áp dụng các kỹ thuật sản xuất bán dẫn vào quản lý nhiệt trên các loại thiết bị khác nhau. Thay vì sử dụng một thiết kế quạt cho mọi sản phẩm, các nhà sản xuất có thể chọn các con chip dựa trên kích thước của vỏ, công suất có sẵn, yêu cầu lưu lượng không khí và vị trí của các điểm nóng riêng lẻ.

Được thành lập vào năm 2018, xMEMS ban đầu tập trung vào loa MEMS trạng thái rắn cho tai nghe, đồng hồ thông minh, tai nghe và kính. Công ty đã mở rộng nền tảng piezoMEMS cơ bản sang quản lý nhiệt và báo cáo nắm giữ hơn 300 bằng sáng chế được cấp trên toàn thế giới. Việc áp dụng thương mại sẽ phụ thuộc vào hiệu suất cấp hệ thống

Làm cho một thành phần làm mát đủ nhỏ cho kính thông minh chỉ là một phần của thách thức kỹ thuật.

Các nhà sản xuất sẽ cần xác định cách không khí nên di chuyển qua các khung có thể được niêm phong chống lại độ ẩm và bụi. Họ cũng sẽ phải đánh giá cách con chip làm mát ảnh hưởng đến tuổi thọ pin, vị trí của các thành phần bên trong, hiệu suất âm thanh, độ bền và nhiệt độ bên ngoài.

Các yêu cầu điện năng tương đối thấp của XMC-1200 có thể làm cho nó phù hợp cho hoạt động chọn lọc. Một thiết bị có thể chỉ kích hoạt làm mát trong quá trình ghi video, suy luận AI đòi hỏi, độ sáng màn hình cao hoặc các tải liên tục khác thay vì chạy con chip liên tục.

Lịch trình sản xuất dài hơn cũng cho thấy công nghệ vẫn còn ở giai đoạn đầu. Mặc dù các mẫu kỹ thuật đã có sẵn, nhưng các thiết bị tiêu dùng sử dụng XMC-1200 không có khả năng xuất hiện cho đến khi các nhà sản xuất hoàn thành thử nghiệm rộng rãi và tích hợp con chip vào các thiết kế phần cứng trong tương lai.

Sản phẩm XMC-2400 lớn hơn đã đi vào sản xuất hàng loạt và đang hỗ trợ các triển khai liên quan đến kính đầu tiên của công ty, cung cấp cho các nhà sản xuất một lựa chọn hiện có cho các thiết kế có không gian hoặc tải nhiệt cao hơn.

Làm Mát Chủ Động Có Thể Thay Đổi Kính Thông Minh AI

Kính thông minh truyền thống đã được thiết kế xung quanh các giới hạn nhiệt nghiêm ngặt. Các nhà sản xuất đã quản lý những giới hạn này thông qua các hạn chế phần mềm, tải không liên tục, giảm độ sáng màn hình hoặc hiệu suất bộ xử lý thận trọng.

Làm mát vi mô chủ động tạo ra một lựa chọn khác. Thay vì thiết kế mọi khả năng xung quanh một trần nhiệt cố định, các thiết bị đeo tương lai có thể loại bỏ nhiệt động trong quá trình thực hiện các nhiệm vụ đòi hỏi và quay trở lại hoạt động thụ động khi tải giảm.

Điều này có thể hỗ trợ các phiên ghi dài hơn, chất lượng màn hình nhất quán hơn và các tính năng AI hoạt động liên tục thay vì trong các xung ngắn. Nó cũng có thể cho phép nhiều quá trình xử lý được giữ lại trên thiết bị, giảm sự phụ thuộc vào điện thoại thông minh hoặc cơ sở hạ tầng đám mây.

Tầm quan trọng rộng lớn hơn vượt ra ngoài một con chip làm mát đơn lẻ. Khi máy tính đeo trở nên mạnh mẽ hơn, quản lý nhiệt sẽ ngày càng ảnh hưởng đến những trải nghiệm AI nào có thể hoạt động đáng tin cậy bên trong các thiết bị đủ nhẹ để đeo suốt cả ngày.