Впервые ученые разработали миниатюрный кремниевый чип с системой активного охлаждения, предназначенной для предотвращения перегрева смартфонов, вместо использования пассивного охлаждения и термального троттлинга.
Чип «xMEMS XMC-2400 µCooling» имеет толщину всего 0,04 дюйма (1 миллиметр) — чуть толще кредитной карты — и разработан для установки в ультрапортативные устройства, такие как смартфоны и планшеты.
Изготовленный в двух вариантах с вентиляционными отверстиями по бокам или сверху, этот чип может перемещать 2,4 кубических дюйма (39 кубических сантиметров) воздуха в секунду, потребляя минимальное количество энергии и работая бесшумно, сообщили представители компании xMEMS, специализирующейся на производстве микрочипов для акустических систем. Чип также создаёт большее «обратное давление», чем обычные вентиляторы, что позволяет ему работать вдали от источника окружающего воздуха.
В отличие от обычных вентиляторов, этот чип использует «piezoMEMS преобразователь» — устройство, которое использует пьезоэлектрический эффект, при котором материал изменяет объём (или двигается) при подаче на него электрического тока. Он состоит из крошечных кремниевых структур, которые колеблются на ультразвуковых частотах, создавая импульсы воздуха и обеспечивая поток воздуха.
С ростом интеграции искусственного интеллекта (ИИ) в новые устройства увеличивается потребность в улучшенных системах охлаждения. ИИ требует больше вычислительных ресурсов, включая дополнительные процессорные ядра и встроенную память. В теории, чем мощнее будут устройства будущего, тем больше тепла они будут выделять.
В отличие от ноутбуков, смартфоны не используют активные системы охлаждения, такие как вентиляторы/кулера, а полагаются на пассивное охлаждение — это значит, что тепло, выделяемое компонентами, рассеивается через такие элементы, как радиатор, который предназначен для поглощения тепла. Например, Samsung Galaxy S24 использует «испарительную камеру», а iPhone 15 Pro оснащён для поглощения тепла большим графитовым теплораспределителем.
По мере того как смартфоны становятся всё более мощными и способны выполнять интенсивные задачи, такие как 3D-гейминг, видеомонтаж и подключение к сетям 5G, оставаясь при этом ультратонкими, они становятся более подверженными термическому «троттлингу». Это процесс, при котором процессоры (CPU) или графические процессоры (GPU), достигнув теплового предела, ограничивают свою мощность. Этот процесс настолько распространён в современных смартфонах, что появились даже тесты, измеряющие, насколько хорошо устройство работает в условиях троттлинга.
Однако чип XMC-2400 представляет собой «активное» решение, которое функционирует как вентиляторы в компьютерах, но в гораздо меньшем масштабе, и его можно устанавливать поверх существующих компонентов в смартфоне.
Устройство работает по-разному в зависимости от того, расположены ли у него вентиляционные отверстия сверху или сбоку. Чип с боковой вентиляцией всасывает холодный воздух из восьми вентиляционных отверстий внизу, который отводит тепло, уловленное пассивной системой охлаждения, например, распределителем тепла, а затем выталкивает теплый воздух через боковые вентиляционные отверстия. Вентиляционные отверстия сверху, напротив, позволяют чипу XMC-2400 засасывать воздух через прорези на крышке и направлять его непосредственно на компоненты, генерирующие тепло, чтобы охладить их.
Это снижает троттлинг ключевых компонентов, уменьшает температуру поверхности смартфонов и улучшает производительность приложений, согласно представителям xMEMS.
«Наш революционный дизайн µCooling «вентилятор на чипе» появляется в критическое время для мобильных вычислений, — сказал в своём заявлении Джозеф Цзян (Joseph Jiang), генеральный директор и соучредитель xMEMS. — Управление тепловыми характеристиками в ультрамобильных устройствах, которые начинают использовать всё более ресурсоёмкие ИИ-приложения, является огромной проблемой для производителей и потребителей. До появления XMC-2400 не существовало активного решения для охлаждения из-за маленьких размеров и тонкости устройств.»
Кроме смартфонов, система охлаждения на базе чипов может использоваться в ультратонких ноутбуках, VR-гарнитурах, твердотельных накопителях и беспроводных зарядных устройствах. Компания планирует представить образцы чипа XMC-2400 производителям смартфонов в начале 2025 года. Устройства с этим чипом появятся на рынке в 2026 году.
