xMEMS Bắt đầu Sản xuất Hàng loạt Chip Làm mát Trạng thái rắn cho Kính AI và Phần cứng Trung tâm dữ liệu

Đưa thêm khả năng xử lý AI vào kính hoặc điện thoại thông minh tạo ra một vấn đề mà chỉ tăng tốc độ silicon không thể giải quyết: nhiệt lượng phải được tản đi đâu đó. xMEMS Labs đang đưa công nghệ vi làm mát trạng thái rắn vào sản xuất hàng loạt, nhắm đến các thiết bị quá mỏng để dùng quạt thông thường và những linh kiện nhỏ trong trung tâm dữ liệu cần luồng khí sát điểm nóng.

Công ty có trụ sở tại Santa Clara cho biết đã bắt đầu sản xuất chip µCooling XMC-2400 và XMC-4800. Những sản phẩm thương mại đầu tiên sử dụng XMC-2400 dự kiến ra mắt vào đầu năm 2027. Điều này cho thấy cột mốc sản xuất không đồng nghĩa với việc sản phẩm đã đến tay người tiêu dùng: sản xuất hàng loạt một linh kiện không có nghĩa là điện thoại, tai nghe hoặc thiết bị lưu trữ hoàn chỉnh đã được bán ra.

Hai chip này đáp ứng các yêu cầu tản nhiệt khác nhau. XMC-2400 dành cho thiết bị biên nhỏ gọn, bao gồm kính AI và XR, cũng như ổ SSD cá nhân. XMC-4800 tạo ra luồng khí mạnh hơn, phù hợp với điện thoại thông minh, ổ SSD doanh nghiệp và các phân hệ khác trong trung tâm dữ liệu có mức tiêu thụ điện thấp hơn.

Chip làm mát trạng thái rắn tạo luồng khí như thế nào

Công nghệ này sử dụng nền tảng bán dẫn piezoMEMS của xMEMS để tạo luồng khí định hướng mà không cần cánh quạt hay ổ trục quay. Công ty mô tả kiến trúc hoàn toàn bằng silicon, có thể đẩy không khí qua các vi kênh hẹp và đặt gần bộ xử lý, bộ nhớ, bộ điều khiển lưu trữ cùng các linh kiện sinh nhiệt khác.

Tổng quan kỹ thuật của công ty giải thích cơ chế này chi tiết hơn. Vật liệu áp điện dạng màng mỏng trên silicon giãn nở và co lại ở tần số siêu âm. Các màng cực nhỏ và dãy van biến chuyển động đó thành những luồng khí dạng xung, trong khi các vỏ có lỗ thoát khí ở mặt trên hoặc bên hông hướng luồng khí đến vị trí cần làm mát.

Vì vậy, “trạng thái rắn” có nghĩa là không có cụm quạt quay truyền thống, chứ không phải không có chuyển động vật lý. Luồng khí được tạo ra từ những cấu trúc rung cực nhỏ. Sự khác biệt này rất quan trọng khi so sánh thiết bị với các vật liệu thụ động, vốn giúp phân tán nhiệt nhưng không chủ động bơm khí.

Thông số sản xuất cho biết điều gì

Thông cáo về sản xuất được cung cấp liệt kê các thông số dưới đây, cũng trùng khớp với trang sản phẩm hiện tại. Các số liệu về lưu lượng khí, áp suất ngược và công suất là thông số do nhà cung cấp công bố; không nên hiểu các giá trị tối đa là sự bảo đảm rằng mọi hệ thống sau khi lắp đặt đều có thể đồng thời đạt được các mức này.

Áp suất ngược đáng lưu ý vì không khí bên trong một sản phẩm nhỏ gọn có thể phải đi qua đường dẫn hẹp. Chỉ riêng con số lưu lượng khí không cho biết có bao nhiêu khí đến được điểm nóng sau khi chip được tích hợp với các kênh dẫn, lỗ thoát khí và phần cứng xung quanh. Hiệu quả làm mát tổng thể phụ thuộc vào thiết kế hệ thống đó.

xMEMS cho biết khách hàng đã ghi nhận mức giảm nhiệt độ ở cấp chip và cấp hệ thống từ 10–25°C trong quá trình thử nghiệm trên kính, điện thoại thông minh và ổ SSD. Thông báo không nêu rõ thiết bị được thử nghiệm hay cung cấp phương pháp thử nghiệm thống nhất, vì vậy các con số này là những kết quả được báo cáo, không phải mức giảm nhiệt độ phổ quát có thể kỳ vọng.

Vì sao hiệu năng duy trì lâu dài quan trọng với AI biên

Các đợt chạy chuẩn ngắn và khối lượng công việc kéo dài có thể mang lại trải nghiệm khác nhau. Một thiết bị có thể chạy một mô hình đòi hỏi nhiều tài nguyên ở tốc độ cao trong chốc lát, rồi giảm xung nhịp bộ xử lý khi nhiệt tích tụ. Với các ứng dụng như xử lý hình ảnh liên tục hoặc hỗ trợ theo thời gian thực, duy trì hiệu năng theo thời gian có thể quan trọng hơn điểm số đỉnh.

Trong sách trắng về quản lý nhiệt cho AI biên, xMEMS cho rằng điện thoại thông minh, ổ SSD và kính AI đều gặp cùng một giới hạn: mật độ tính toán tăng lên trong khi vỏ thiết bị có rất ít không gian dành cho việc làm mát. Công ty xem vi làm mát chủ động là một cách bổ sung đối lưu cục bộ bên cạnh các cấu trúc tản nhiệt hiện có.

Làm mát chủ động cũng tiêu thụ điện. Câu hỏi đặt ra trong khâu kỹ thuật là liệu phần dự trữ nhiệt bổ sung có đem lại đủ lợi ích để bù cho nhu cầu điện, không gian tích hợp và chi phí hay không. Với kính, thiết kế còn phải tính đến cách nhiệt truyền đến các bề mặt gần người đeo; việc luân chuyển không khí gần bộ xử lý tự nó không chứng minh rằng sản phẩm hoàn chỉnh sẽ tạo cảm giác thoải mái.

Làm mát có mục tiêu bên trong phần cứng trung tâm dữ liệu

Ứng dụng trong trung tâm dữ liệu cụ thể hơn là làm mát toàn bộ tủ máy AI. xMEMS xác định SSD, mô-đun laser, bộ nhớ, bộ định thời lại và các phân hệ khác là những mục tiêu cần luồng khí tập trung. Thông báo đưa sản phẩm vào sản xuất cho biết các linh kiện này vẫn có thể hưởng lợi từ giải pháp đó, ngay cả khi hệ thống làm mát bằng chất lỏng ngày càng tập trung quanh CPU và GPU công suất cao.

Điều đó khiến công nghệ này có thể bổ trợ cho các hệ thống tản nhiệt quy mô lớn hơn. Một máy bơm khí nhỏ đặt gần bộ điều khiển lưu trữ giải quyết vấn đề khác với việc dẫn nhiệt ra khỏi một bộ xử lý tăng tốc cỡ lớn. Thành công của cả hai phương pháp đều phụ thuộc vào một đường dẫn cuối cùng đưa nhiệt ra khỏi linh kiện và vào hệ thống làm mát xung quanh.

Từ trình diễn đến sản phẩm có thể sản xuất hàng loạt

xMEMS lần đầu giới thiệu XMC-2400 vào năm 2024. Thông báo đưa sản phẩm vào sản xuất được đưa ra sau một thời gian cung cấp mẫu và trình diễn, đồng thời nằm trong danh mục sản phẩm rộng hơn của hãng, bao gồm XMC-1200 dành cho các linh kiện kính thông minh nhỏ hơn. Bài viết trước của chúng tôi về công nghệ làm mát thu nhỏ của xMEMS đã đề cập đến lần ra mắt sản phẩm riêng đó.

Mike Housholder, phó chủ tịch kiêm tổng giám đốc Bộ phận Quản lý Nhiệt của xMEMS, mô tả việc sản xuất hàng loạt là một bước tiến nhằm đáp ứng nhu cầu của khách hàng ở quy mô lớn. Công ty cũng giới thiệu kiến trúc silicon của mình như một hướng đi tiềm năng trong tương lai để phát triển các giải pháp nhiệt được đóng gói cùng bộ xử lý AI biên. Đây là định hướng phát triển, chứ không phải năng lực sản phẩm đã được xác lập trong thông báo này.

Những bằng chứng hữu ích tiếp theo sẽ đến từ các hệ thống hoàn thiện: hiệu năng duy trì ổn định, nhiệt độ bề mặt, ảnh hưởng đến pin, độ tin cậy và tỷ lệ sản phẩm đạt chuẩn trong sản xuất. Việc bắt đầu sản xuất đưa công nghệ làm mát siêu nhỏ vượt ra ngoài giai đoạn trình diễn linh kiện. Chỉ khi khách hàng đưa các sản phẩm tích hợp ra thị trường, chúng ta mới có thể thấy rõ hơn liệu công nghệ này có thay đổi những giới hạn thực tế của thiết bị đeo AI và thiết bị lưu trữ nhỏ gọn hay không.