Впервые в истории инженерам удалось оборудовать миниатюрный кремниевый чип системой охлаждения, способной обеспечивать активное охлаждение смартфонов и планшетов, которым обычно приходится довольствоваться пассивными системами и троттлингом. Новинка под названием xMEMS XMC-2400 µCooling представляет собой «кулер на чипе» толщиной всего 1 мм – немного толще банковской карты.

Компания xMEMS, которая специализируется на разработке и производстве микрочипов для аудиотехники, представила миру первый в мире «кулер на чипе». Инженеры создали две конфигурации микро-устройства с вентиляционными отверстиями по бокам или сверху. Вне зависимости от конфигурации такой девайс способен прокачивать воздушный поток объёмом до 39 см³ в секунду с минимальным потреблением энергии и практически бесшумно. При этом, по данным xMEMS, этот микрокулер генерирует более сильное обратное давление, чем обычные вентиляторы, потому его можно будет размещать на существенном удалении от источника воздуха. В отличие от традиционных кулеров, XMC-2400 µCooling использует пьезоэлектрический микроэлектромеханический преобразователь, который полагается на пьезоэлектрический эффект для увеличения объёма материала или движения элементов при подаче напряжения. Крошечные кремниевые структуры чипа колеблются на ультразвуковой частоте, генерируя воздушные импульсы для формирования воздушного потока.

Спрос на активное охлаждение для смартфонов и планшетов развивается по мере интеграции в эти устройства ИИ функционала. Вместе с ним растут требования к вычислительным мощностям мобильных устройств, которые удовлетворяются за счёт увеличения числа и мощности ядер процессора, объёма памяти и пр. Традиционно, чем мощнее устройство, тем больше энергии оно потребляет и производит в форме тепла. Увы, в отличие от ПК и ноутбуков, формат мобильной техники не приспособлен для классических систем активного охлаждения. Потому подобные устройства вынуждены ограничиваться пассивным охлаждением посредством различных видов радиаторов. К примеру, Samsung Galaxy S24 использует для рассеивания чрезмерного тепла «испарительную камеру», а iPhone 15 Pro полагается на многослойную систему охлаждения с использованием пиролитического графита.

По мере развития мобильных технологий, благодаря которым смартфоны освоили 3D гейминг, видеообработку и скоростной интернет, росла и их склонность к термическому троттлингу. Это механизм пропуска части машинных тактов, который активируется при повышении тепловой нагрузки на процессор. Как следствие, чем выше поднимается температура, тем сильнее снижается производительность устройства. В смартфонах эта проблема проявляется острее из-за популярности дизайнов с максимально тонким корпусом. Подобное явление стало настолько распространённым, что в сети появились бенчмарки, отображающие, насколько хорошо те или иные девайсы справляются с разными задачами на фоне троттлинга. Чип xMEMS XMC-2400 µCooling является «активным» решением проблемы перегрева компонентов мобильных устройств, действующим подобно кулерам в ПК или ноутбуках, но в гораздо более компактном виде. Благодаря небольшим размерам такой «кулер на чипе» можно помещать внутри уже существующих аппаратных платформ для смартфонов или планшетов.

В зависимости от конфигурации вентиляционных отверстий принцип работы чипов xMEMS XMC-2400 µCooling несколько отличается. Версия с вентиляцией по бокам всасывает воздух снизу, отводя тепло, которое предварительно уловила пассивная система охлаждения, например, радиатор, а затем выталкивает его через боковые отверстия. Тем временем вариант с верхней вентиляцией всасывает холодный воздух из щелей в крышке устройства, а затем под давлением направляет его на компоненты, требующие охлаждения. Так или иначе этот микрокулер снижает потребность в троттлинге, понижая температуру «железа» и тем самым улучшая производительность смартфона. По словам производителя, помимо смартфонов или планшетов, инновационная система активного охлаждения также найдёт применение в ультра тонких ноутбуках, VR-гарнитуре, SSD и беспроводных зарядных станциях. Компания планирует предоставить производителям мобильной техники образцы «кулера на чипе» к началу 2025 года, а первые устройства с XMC-2400 должны появиться в продаже уже в 2026 году.

Источник изображений: xMEMS