芯片风扇：引领手机与笔记本冷却新变革
在科技领域，顶级微处理器不断演进，以实现峰值性能。移动和台式芯片制造商都一直在突破性能极限，并且越来越多地缩小组件的尺寸，以便在单个硅芯片上容纳更多晶体管，寻求持续的功率提升。
然而，真正的挑战在于保持一流的性能。对于手机和笔记本电脑等设备内部存在的空间限制而言，这一点变得更为关键，这些设备无法容纳足够大的主动冷却解决方案来以与热量产生相同的速度进行散热。为了解决这些问题，一家名为 xMEMS Labs 的公司最近推出了一个只有一毫米厚的主动微冷却单元。
这个小巧且不显眼的小工具或许有潜力彻底改变我们使用诸如手机、笔记本电脑、手持游戏 PC、游戏机等设备的方式。该公司此前以全球首款固态扬声器而闻名。在这些固态扬声器中，硅结构来回移动，而不是传统的振膜来产生声音。
随着时间的推移，先进半导体尺寸缩小是一个既定的现象。同时，PC 品牌一直在制造搭载移动芯片的笔记本电脑，以获取更高的电池续航能力，并有效减小设备尺寸。
同时，对更便捷设计的追求导致了设计限制，致使这些新的先进机器缺失冷却解决方案。
XMC-2400 旨在解决这些限制，且有可能成为紧凑型机器的救星，因为随着设备上 AI 应用的增多，工作负载必然会增加。
xMEMS 实验室规划的冷却系统来自一家美国公司，这家公司专门从事压电解决方案（将微观层面的运动转化为电能）。
该公司因非传统部署微机电系统（MEMS）技术而闻名，其中包括在硅衬底上利用机电系统将传感器和执行器与电子器件集成，并创建出具有 1 至 1000 微米移动部件的微型设备。
虽然 MEMS 技术并非全新，但其在消费电子产品中的集成相对较新，在此情况下使其成为一项新颖的创新。
该公司新推出的名为 XMC-2400 的冷却解决方案借助压电驱动来产生气流，其方式与上述的固态扬声器类似。与使用机械风扇或被动散热的传统冷却系统不同，“芯片风扇”技术利用了逆压电材料的特性，并且在电场作用下产生机械运动。这致使微观层以线性方式移动。这种运动在芯片腔内产生气压，达到阈值后，通过阀门释放，从而产生气流。
该冷却系统旨在在极小的占地空间内产生足够的气流。尽管其紧凑尺寸为 9.26 x 7.6 x 1.08 毫米，重量不到 0.15 克，但该冷却解决方案每次可提供高达 39 立方厘米/秒（每秒立方厘米）的双向气流，背压为 1000 帕斯卡（大气压的千分之一）。
据称，与非基于硅的主动冷却替代品相比，它的体积和重量减小 96％。该系统估计功耗为 30 毫瓦，并以超声频率运行，与其他主动冷却单元相比，噪音要小得多（几乎无声）。全硅解决方案还具备 IP58 防水性能。在炎热的夏季地区，它应该特别有价值。
XMC-2400 并非在主动无风扇移动冷却领域的首次创新。此前，诸如振动风扇或主动热管等技术已被引入，以解决移动设备内部强大处理器所产生的热量问题。
振动风扇会产生噪音，对于敏感设备而言是不理想的，而主动热管占用大量空间，并且随着时间的推移会退化，导致效率降低。同样，其他解决方案也有局限性，但 XMC-2400 基于压电的设计看起来非常接近于提供理想的解决方案。
弗洛尔系统公司，另一家美国公司，是基于 MEMS 的芯片冷却领域的先驱。自 2022 年以来，它一直试图将一种名为AirJet Mini的类似技术引入笔记本电脑。然而，AirJet Mini 的厚度至少是 XMC-2400 的 2.5 倍，并且缺乏强大的 IP 认证。
相比之下，xMEMS 实验室声称，在比较封闭空间单位体积的气流生成量时，其 XMC-2400 的效率约高出 15 倍。这些因素解释了为什么 AirJet Mini 取得的成功如此之小。虽然弗洛尔一直专注于个人电脑和笔记本电脑，但 xMEMS 实验室将目光投向了移动设备，尤其是智能手机。该公司的其他创新产品也取得了成功，例如其微型扬声器，在 2024 年的前六个月出货量超过 50 万件。预计 XMC-2400 也将带来现今难以想象的进步。
XMC-2400 的推出与压电技术发展的更广泛趋势相契合。压电材料因其冷却能力而越来越多地被探索，为传统系统所无法比拟的热管理提供了一种新颖的方法。一些研究还建议将压电解决方案与其他解决方案混合使用，以获得两全其美的效果。压电材料不仅高效，而且可扩展，使其适用于从消费电子产品到工业设备的广泛应用。
该公司预计 XMC-2400 会以 2×4 的电池阵列形式推出，多个单元能够堆叠，从而实现可扩展性。其电池架构能让电池数量按需上下调整，以适应不同应用。除此之外，XMC-2400 将有顶部通风和侧面通风的变体，以便在不同的外形规格中进行多功能集成。
xMEMS Labs 已将台积电列为制造供应商，博世则是另一个来源。该冷却系统预定于 2024 年 9 月在深圳和台北举办的活动中向主要客户和合作伙伴展示。随后，该公司计划自 2025 年第一季度起向客户提供样品。