Laboratorios Xmems presentó sus componentes de microrefrigeración “ventilador en un chip” para enfriar activamente teléfonos inteligentes, tabletas y otros dispositivos móviles.
Se trata de dispositivos fabricados íntegramente en silicio (de apenas un milímetro de grosor), muy similares a los microaltavoces fabricados íntegramente en silicio que la empresa fabrica con tecnología de sistemas microelectromecánicos (MEMS), en los que las diminutas estructuras mecánicas se fabrican a partir de silicio sobre chips semiconductores, dijo Joseph Jiang, director ejecutivo de Xmems, en una entrevista con VentureBeat. La última vez que hablé con él fue en julio de 2020, cuando la empresa estaba presentando sus chips para altavoces, que ya han empezado a comercializarse.
La tecnología de la empresa se utilizó anteriormente para soluciones de microsonido. La tecnología, denominada piezoMEMS, ahora se ha adaptado para su uso en el chip Xmems XMC-2400 µCooling de la empresa, el primer chip totalmente de silicio.
Ventilador de microenfriamiento activo para dispositivos ultramóviles y soluciones de inteligencia artificial (IA) de próxima generación.
Por primera vez, con microenfriamiento activo basado en ventiladores (µCooling) a nivel de chip, los fabricantes pueden
Integre refrigeración activa en teléfonos inteligentes, tabletas y otros dispositivos móviles avanzados con el chip Xmems XMC-2400 µCooling de estado sólido, silencioso y sin vibraciones, que mide solo un milímetro de espesor.
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“Nuestro revolucionario diseño de ‘ventilador en un chip’ µCooling llega en un momento crítico en la informática móvil”, dijo
Jiang. “La gestión térmica en dispositivos ultramóviles, que son
Comenzar a ejecutar aplicaciones de IA que consumen aún más recursos del procesador es un desafío enorme para los fabricantes.
y consumidores. Hasta XMC-2400, no había ninguna solución de refrigeración activa porque los dispositivos son tan
“Pequeño y delgado.”
El XMC-2400 mide solo 9,26 x 7,6 x 1,08 milímetros y pesa menos de 150 miligramos, lo que lo convierte en un dispositivo muy práctico.
Es un 96 % más pequeño y liviano que las alternativas de enfriamiento activo que no están basadas en silicio. Un solo chip XMC-2400 puede mover hasta 39 centímetros cúbicos de aire por segundo con 1000 Pa de contrapresión.
La solución, fabricada íntegramente en silicio, ofrece fiabilidad de semiconductores, uniformidad entre piezas, alta robustez y clasificación IP58. Es probable que la empresa reciba muestras de ingeniería en el primer trimestre de 2025 y, después de eso, comenzará la producción en serie y, finalmente, se enviará a los clientes.
Xmems µCooling se basa en el mismo proceso de fabricación que el galardonado microaltavoz de rango completo Xmems Cypress con sonido por ultrasonidos para auriculares inalámbricos intrauditivos con ANC, que comenzará a producirse en el segundo trimestre de 2025 y varios clientes ya se han comprometido con el dispositivo. xMEMS planea entregar muestras del XMC-2400 a los clientes en el primer trimestre de 2025.
“Hemos llevado los microaltavoces MEMS al mercado de la electrónica de consumo y hemos enviado más de la mitad
“En los primeros seis meses de 2024, fabricaremos un millón de altavoces”, afirmó Jiang. “Con µCooling, estamos cambiando la percepción de la gente sobre la gestión térmica. El XMC-2400 está diseñado para enfriar activamente incluso los dispositivos portátiles más pequeños, lo que permite crear dispositivos móviles más delgados, de mayor rendimiento y preparados para la IA. Es difícil imaginar los teléfonos inteligentes del mañana y otros dispositivos delgados y orientados al rendimiento sin la tecnología µCooling de Xmems”.
Xmems comenzará a demostrar XMC-2400 a clientes y socios líderes en septiembre en sus eventos Xmems Live en Shenzhen y Taipei.
Fundada en enero de 2018, Xmems Labs ha obtenido más de 150 patentes para sus tecnologías de plataforma. La empresa tiene 70 empleados. Es una empresa de “chips fabless”, lo que significa que diseña chips que son fabricados por fabricantes de chips contratados. La empresa tiene su sede en Santa Clara, California, y ha recaudado alrededor de 75 millones de dólares.
Cómo funciona
Para los altavoces, Xmems creó estructuras similares a pequeñas bombas de aire en silicio. Ahora se están produciendo en masa. La tecnología subyacente es piezoMEMS, que utiliza una capa piezoeléctrica de película fina como capa de pantalla. Se mueve, o se activa, al aplicar un voltaje al material.
“Al aplicar voltaje, podemos hacer que las estructuras MEMS dentro de un chip se muevan a diferentes velocidades. Esa es la propiedad intelectual fundamental que rodea a lo que Xmems hace con nuestros productos de generación de sonido”, dijo Jiang. “Los pusimos bajo la marca de micro fidelidad. Producen un sonido fantástico. Ahora están ingresando al mercado”.
El ventilador ofrece a los diseñadores más opciones al empujar o tirar del aire o al enfriarlo. Los diseñadores pueden colocar el chip en una placa de circuito impreso o montarlo en un chip. Puede ventilarse en un lateral o en la parte superior. Y es una fracción del tamaño de otros chips de un sistema. Tampoco hace ruido porque funciona en la banda ultrasónica, inaudible para el oído humano. Y no tiene que colocarse encima de una CPU. En este sentido, un sistema seguiría utilizando dispositivos de difusión de calor independientes para alejar el calor de un chip.
“Es un dispositivo muy pequeño. Si nos fijamos en el flujo de aire por volumen de paquete, somos significativamente más eficientes”, afirmó.
Los clientes determinarán cuántos ventiladores y cuántos chips utilizarán en sus productos finales.
“Trabajaremos con nuestros primeros clientes alfa en estos mercados para determinar la combinación adecuada”, afirmó Jiang.
De alguna manera, será más fácil introducir la tecnología en el mercado la segunda vez, puesto que ya ha sido probada en un mercado, dijo Jiang.
“Contamos con una capacidad instalada de varios millones de unidades por mes”, afirmó Jiang.
Además, cuenta con más de un fabricante de chips para fabricarlos, lo que hace que su cadena de suministro sea más fiable. Si acercas el dedo al dispositivo, sentirás que sale aire frío.
En cuanto al tiempo, la empresa contempló este producto desde el principio, pero resultó más fácil abordar primero los chips de audio. Una vez hecho esto, la empresa se aventuró más seriamente en el chip de microrefrigeración.
Estos chips de sonido se utilizan en auriculares estéreo inalámbricos, y está por llegar una nueva generación de chips de altavoces, denominada Cypress, que se dedica al espacio ultrasónico.
El ventilador utiliza una tecnología similar.
“Esencialmente, se trata de un transductor de flujo de aire controlado por voltaje, y analizamos su uso para enfriar en lugar de generar sonido”, dijo Jiang. “Ahora podemos mover estas estructuras MEMS lo suficientemente rápido como para generar una cantidad sustancial de flujo de aire. Ese es el punto de partida de nuestra tecnología de microenfriamiento”.
Pregunté por qué los chips para altavoces tardaron tanto en llegar al mercado.
“Siempre que se presenta una nueva forma de hacer las cosas, (lleva tiempo). El altavoz con bobina e imán existe desde hace un siglo. Llevarlo al mercado es otra tarea difícil que no tiene que ver con nuestra tecnología, que maduró bastante rápido”, dijo. “Se trata de lograr que los fabricantes de productos electrónicos de consumo adopten y cambien sus métodos”.
A medida que pasamos de dispositivos mecánicos a dispositivos de silicio, la tecnología es más confiable. La unidad de estado sólido finalmente alcanzó a los discos duros y prácticamente los superó en velocidad y capacidad de almacenamiento en muchas aplicaciones. Los discos duros aún tienen una ventaja en términos de costo, pero se han trasladado a aplicaciones diferentes.
“Estamos en el proceso de trasladar el altavoz de una tecnología mecánica de múltiples etapas con un siglo de antigüedad basada en bobinas magnéticas a silicio”, dijo Jiang. “Y ahora este ventilador giratorio, que no se puede encoger lo suficiente para que entre en los dispositivos electrónicos de formato pequeño y delgado, es el siguiente paso. Estamos utilizando nuevamente la innovación del silicio para reducir el tamaño, mejorar el rendimiento e incorporar refrigeración activa en los dispositivos electrónicos modernos”.
La empresa señala que las empresas de electrónica de consumo siguen promocionando la delgadez como una característica importante de sus dispositivos en su marketing. La gestión térmica sigue siendo un gran problema en los teléfonos inteligentes. Jugué Call of Duty: Warzone en mi iPhone 15 y el teléfono se calentó muy rápido.
Los teléfonos ahora tienen 5G, múltiples radios y CPU y GPU cada vez más potentes gracias a la IA. Los crecientes requisitos computacionales provienen de cosas como la manipulación de fotos y videos mediante IA. Estos dispositivos ahora se enfrían pasivamente mediante difusores de calor o cámaras de vapor porque no pueden adaptarse a los ventiladores tradicionales, que suelen tener tres milímetros o más de grosor, o tres veces el tamaño de la solución de microenfriamiento. Eso significa que la solución solo puede tomar la fuente de calor y distribuirla por todo el dispositivo, en lugar de enfriarlo mediante el flujo de aire. Como resultado, tienen que estrangular un procesador para detener el calor.
“Llevar la IA al límite solo traerá aún más desafíos a la gestión térmica de estos dispositivos móviles”, dijo Jiang. “Realmente no hay ningún ventilador que pueda caber dentro de un teléfono móvil hoy en día, es demasiado grueso”.