芯片風扇：引領手機與筆記本冷卻新變革
在科技領域，頂級微處理器不斷演進，以實現峰值性能。移動和臺式芯片製造商都一直在突破性能極限，並且越來越多地縮小組件的尺寸，以便在單個硅芯片上容納更多晶體管，尋求持續的功率提升。
然而，真正的挑戰在於保持一流的性能。對於手機和筆記本電腦等設備內部存在的空間限制而言，這一點變得更爲關鍵，這些設備無法容納足夠大的主動冷卻解決方案來以與熱量產生相同的速度進行散熱。爲了解決這些問題，一家名爲 xMEMS Labs 的公司最近推出了一個只有一毫米厚的主動微冷卻單元。
這個小巧且不顯眼的小工具或許有潛力徹底改變我們使用諸如手機、筆記本電腦、手持遊戲 PC、遊戲機等設備的方式。該公司此前以全球首款固態揚聲器而聞名。在這些固態揚聲器中，硅結構來回移動，而不是傳統的振膜來產生聲音。
隨着時間的推移，先進半導體尺寸縮小是一個既定的現象。同時，PC 品牌一直在製造搭載移動芯片的筆記本電腦，以獲取更高的電池續航能力，並有效減小設備尺寸。
同時，對更便捷設計的追求導致了設計限制，致使這些新的先進機器缺失冷卻解決方案。
XMC-2400 旨在解決這些限制，且有可能成爲緊湊型機器的救星，因爲隨着設備上 AI 應用的增多，工作負載必然會增加。
xMEMS 實驗室規劃的冷卻系統來自一家美國公司，這家公司專門從事壓電解決方案（將微觀層面的運動轉化爲電能）。
該公司因非傳統部署微機電系統（MEMS）技術而聞名，其中包括在硅襯底上利用機電系統將傳感器和執行器與電子器件集成，並創建出具有 1 至 1000 微米移動部件的微型設備。
雖然 MEMS 技術並非全新，但其在消費電子產品中的集成相對較新，在此情況下使其成爲一項新穎的創新。
該公司新推出的名爲 XMC-2400 的冷卻解決方案藉助壓電驅動來產生氣流，其方式與上述的固態揚聲器類似。與使用機械風扇或被動散熱的傳統冷卻系統不同，“芯片風扇”技術利用了逆壓電材料的特性，並且在電場作用下產生機械運動。這致使微觀層以線性方式移動。這種運動在芯片腔內產生氣壓，達到閾值後，通過閥門釋放，從而產生氣流。
該冷卻系統旨在在極小的佔地空間內產生足夠的氣流。儘管其緊湊尺寸爲 9.26 x 7.6 x 1.08 毫米，重量不到 0.15 克，但該冷卻解決方案每次可提供高達 39 立方厘米/秒（每秒立方厘米）的雙向氣流，背壓爲 1000 帕斯卡（大氣壓的千分之一）。
據稱，與非基於硅的主動冷卻替代品相比，它的體積和重量減小 96％。該系統估計功耗爲 30 毫瓦，並以超聲頻率運行，與其他主動冷卻單元相比，噪音要小得多（幾乎無聲）。全硅解決方案還具備 IP58 防水性能。在炎熱的夏季地區，它應該特別有價值。
XMC-2400 並非在主動無風扇移動冷卻領域的首次創新。此前，諸如振動風扇或主動熱管等技術已被引入，以解決移動設備內部強大處理器所產生的熱量問題。
振動風扇會產生噪音，對於敏感設備而言是不理想的，而主動熱管佔用大量空間，並且隨着時間的推移會退化，導致效率降低。同樣，其他解決方案也有侷限性，但 XMC-2400 基於壓電的設計看起來非常接近於提供理想的解決方案。
弗洛爾系統公司，另一家美國公司，是基於 MEMS 的芯片冷卻領域的先驅。自 2022 年以來，它一直試圖將一種名爲AirJet Mini的類似技術引入筆記本電腦。然而，AirJet Mini 的厚度至少是 XMC-2400 的 2.5 倍，並且缺乏強大的 IP 認證。
相比之下，xMEMS 實驗室聲稱，在比較封閉空間單位體積的氣流生成量時，其 XMC-2400 的效率約高出 15 倍。這些因素解釋了爲什麼 AirJet Mini 取得的成功如此之小。雖然弗洛爾一直專注於個人電腦和筆記本電腦，但 xMEMS 實驗室將目光投向了移動設備，尤其是智能手機。該公司的其他創新產品也取得了成功，例如其微型揚聲器，在 2024 年的前六個月出貨量超過 50 萬件。預計 XMC-2400 也將帶來現今難以想象的進步。
XMC-2400 的推出與壓電技術發展的更廣泛趨勢相契合。壓電材料因其冷卻能力而越來越多地被探索，爲傳統系統所無法比擬的熱管理提供了一種新穎的方法。一些研究還建議將壓電解決方案與其他解決方案混合使用，以獲得兩全其美的效果。壓電材料不僅高效，而且可擴展，使其適用於從消費電子產品到工業設備的廣泛應用。
該公司預計 XMC-2400 會以 2×4 的電池陣列形式推出，多個單元能夠堆疊，從而實現可擴展性。其電池架構能讓電池數量按需上下調整，以適應不同應用。除此之外，XMC-2400 將有頂部通風和側面通風的變體，以便在不同的外形規格中進行多功能集成。
xMEMS Labs 已將臺積電列爲製造供應商，博世則是另一個來源。該冷卻系統預定於 2024 年 9 月在深圳和臺北舉辦的活動中向主要客戶和合作夥伴展示。隨後，該公司計劃自 2025 年第一季度起向客戶提供樣品。