認(rèn)識 xMEMS，AirJet 激進固態(tài)芯片冷卻的挑戰(zhàn)者

如果您對硅冷卻芯片是未來的潮流有任何疑問，這應(yīng)該有助于說服您：現(xiàn)在有兩家公司在該領(lǐng)域運營。xMEMS 宣布推出 XMC-2400，這是不到兩年前發(fā)布的 Frore Systems AirJet 的競爭對手。

不過，xMEMS 所說的 xMEMS XMC-2400 μCooling 芯片并不是 AirJet 筆記本電腦處理器散熱器的直接競爭對手。目前，它針對的是智能手機和平板電腦以及 SSD。盡管如此，這使它與 Frore 的 AirJet Mini Slim 及其未來路線圖發(fā)生沖突。與此同時，xMEMS 表示，它將把其微小的冷卻芯片放大到更大、更堅固的產(chǎn)品中。

大多數(shù)半導(dǎo)體冷卻解決方案要么是被動的（通過散熱器，使用銅和鋁等金屬進行熱傳導(dǎo)），要么是主動的，通常使用強制空氣通過鼓風(fēng)機冷卻芯片。主動冷卻通常更擅長散熱，但風(fēng)扇、鼓風(fēng)機或一系列熱管既昂貴又占用寶貴的空間。

微機電系統(tǒng) （MEMS） 具有兩全其美的特點。它們體積小，可以很容易地連接到現(xiàn)有芯片的外部。它們也比被動冷卻解決方案更有效，因為它們使用振動膜作為風(fēng)扇，吸入冷空氣，將其推過芯片封裝的加熱表面，然后將熱空氣通過系統(tǒng)推出，從那里推到設(shè)備外部。

論點仍然是一樣的：無論芯片運行多快，它都無法長時間達(dá)到最高速度。xMEMS 等公司表示，這些“渦輪增壓”模式通常最多持續(xù)幾秒鐘，這意味著芯片的速度不是芯片性能的門控因素。制冷卻是。

“每一代處理器，獨立于 ARM、Intel、Nvidia 等供應(yīng)商，都提高了性能與功耗的平衡，”xMEMS 營銷和業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁 Mike Housholder 說，“然而，在系統(tǒng)層面，我們永遠(yuǎn)無法長時間達(dá)到硅片的最大性能規(guī)格。這始終受系統(tǒng)散熱的限制。因此，性能不再受硅功能的限制。

“總而言之，我看到熱管理挑戰(zhàn)在增加，而不是減少，”Housholder 說。

Frore Airjet 的推出確實是 2022 年最激動人心的公告之一。現(xiàn)在 xMEMS 有了自己的想法。

XMC-2400 與 Frore AirJet 有何不同？

僅從照片中就可以看出方法上的差異：Frore 目前制造的最小的設(shè)備是 AirJet Mini Slim，尺寸為 27.5 毫米 x 41.5 毫米 x 2.5 毫米。相比之下，XMC-2400 很小：只有 9.26mm x 7.60mm x 1.08mm。

為什么？因為 xMEMS 制造 MEMS 設(shè)備已經(jīng)有一段時間了，但不是用于冷卻的。相反，XMC-2400 來自該公司將 MEMS 設(shè)備構(gòu)建為揚聲器的傳統(tǒng)，安裝在微型耳塞內(nèi)。Housholder 表示，從使用 MEMS 膜產(chǎn)生聲音過渡到可以冷卻芯片的膜是一個自然的過渡。

Creative Aurvana Ace 2 等產(chǎn)品中采用了 xMEMS 技術(shù)，這一進步 SoundGuys.com 預(yù)示著從硬盤驅(qū)動器到 SSD 過渡的音頻版本。去年 11 月，xMEMS 宣布推出一款超聲波揚聲器，其音調(diào)通常高于人類聽覺，但該公司的技術(shù)使其能夠產(chǎn)生可聽見的聲音。“所以說真的，它是同一個壓電 MEMS 平臺，但經(jīng)過重新調(diào)整用途，它現(xiàn)在不是為音樂播放產(chǎn)生可聽見的聲音，而是產(chǎn)生氣流，”Housholder 說。

壓電電子在施加壓力時會產(chǎn)生電壓，反之亦然。在這種情況下，振膜是物理移動的。“自公司成立以來，我們一直在想，一旦我們能夠從超聲波技術(shù)中獲得聲音，冷卻產(chǎn)品就可以成為它的一個分支; 這就是我們要宣布的，“Housholder 說。

“通過調(diào)整超聲波的頻率，我們可以將其調(diào)整為可聽見的聲音，也可以將其調(diào)整為氣流，”Housholder 補充道。

與 Frore 的 AirJet 一樣，當(dāng)膜沿一個方向振動時，冷空氣被吸入，并被推到芯片本身的散熱器上。這會產(chǎn)生一個充滿相對加壓空氣的空腔，然后通過釋放閥將其推出。透氣膜可以安裝在封裝的頂部或側(cè)面。Housholder 說，XMC-2400 是雙向的，因此您可以讓一個 XMC-2400 直接冷卻芯片，而另一個 XMC-2400 放置在系統(tǒng)的其他位置，靠近通風(fēng)口，以幫助將空氣拉出或推出系統(tǒng)。

據(jù) Housholder 稱，xMEMS 的優(yōu)勢在于效率：該公司預(yù)測，它每秒將通過單個芯片移動 39 立方厘米的空氣，背壓為 1,000Pa。每個芯片都包含一系列 MEMS 閥門; 在這種情況下，XMC-2400 包括一個 2 x 4 陣列，總共有 8 個。該公司聲稱總體每體積氣流效率為 500，而 Frore 為 31.3。它的尺寸也是 AirJet Mini Slim 的 1/39，功耗僅為十分之一，在 20 到 30 毫瓦之間。與 AirJet 一樣，xMEMS 芯片基本上不會產(chǎn)生噪聲。

XMC-2400 是一種雙芯片解決方案; 它還將包括一個控制 ASIC，用于控制閥門的打開和關(guān)閉。此時，MEMS 芯片本身可以運行; Housholder 說，該公司已經(jīng)收到了控制 ASIC 的第一次修訂版，并將在幾個月內(nèi)準(zhǔn)備就緒。

未來：等等，冷卻小芯片？！

Householder 表示，xMEMS 打算將 XMC-2400 用于智能手機——旗艦智能手機，但也可能是游戲手機。由于 XMC-2400 處于試生產(chǎn)階段，該公司尚未宣布任何客戶。xMEMS 計劃在 2025 年第一季度向客戶提供 XMC-2400 樣品。

SSD 也是一個目標(biāo)。“我認(rèn)為我們現(xiàn)在可以解決這個問題，”Householder 說。“我認(rèn)為這個市場可能非常適合我們今天的芯片。”

Housholder 說，目前，公司正在臺積電和博世制造芯片，兩者是世界頂級的 MEMS 晶圓廠。xMEMS 有辦法擴展其技術(shù)：例如，增加每個芯片中的閥陣列數(shù)量。xMEMS 還展示了一個演示，其中兩臺 XMC-2400 協(xié)同工作以移動一個小風(fēng)扇。xMEMS 或客戶沒有理由不能讓許多芯片協(xié)同工作。

Householder 提出了另一種更有趣的可能性：將 XMC-2400 或衍生產(chǎn)品視為傳統(tǒng)微處理器 SOC 內(nèi)的冷卻小芯片。當(dāng)然，這并非沒有可能。英特爾即將推出的 Lunar Lake 芯片由多個小芯片組成，由臺積電制造的多個小芯片組成。

這意味著芯片供應(yīng)商必須同意，而 SOC 封裝本身也必須通風(fēng)。目前也不清楚冷卻會改善多少。“我們當(dāng)然不是這方面的專家，”Housholder 說。“但同樣，我認(rèn)為這種可能性是存在的，我們急于探索它。”

目前，最重要的影響似乎是 SSD，除了目前的商用被動散熱器外，它還將擁有不是一個而是兩個潛在的主動冷卻解決方案。但是，隨著 xMEMS 迭代和物理擴展其冷卻解決方案，筆記本電腦內(nèi)部的更多組件（包括 CPU）也將有更多選擇。最好的消息是什么？聽起來冷卻芯片不僅僅是一個有趣的概念。他們是一個合法的市場。