إذا كانت لديك أية شكوك حول كون رقائق التبريد السيليكونية هي موجة المستقبل، فإن هذا من شأنه أن يقنعك: هناك الآن شركتان تعملان في هذا المجال. أعلنت شركة xMEMS عن XMC-2400، وهو منافس لـ Frore Systems AirJet الذي تم الإعلان عنه منذ أقل من عامين.
ومع ذلك، فإن ما تطلق عليه شركة xMEMS اسم xMEMS XMC-2400 µCooling ليس منافسًا مباشرًا لمبردات معالجات أجهزة الكمبيوتر المحمولة من شركة AirJet. في الوقت الحالي، تستهدف هذه الشريحة الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية، بالإضافة إلى أقراص SSD. ومع ذلك، فإن هذا يضعها في مسار تصادمي مع شريحة Frore's AirJet Mini Slim وخارطة الطريق المستقبلية الخاصة بها. وفي الوقت نفسه، تقول شركة xMEMS إنها ستوسع شريحة التبريد الصغيرة جدًا الخاصة بها إلى شيء أكبر وأكثر قوة.
إن أغلب حلول التبريد لأشباه الموصلات إما أن تكون سلبية ــ عبر مشتتات حرارية، تعمل على توصيل الحرارة حرارياً باستخدام معادن مثل النحاس والألمنيوم ــ أو نشطة، تستخدم عادة الهواء القسري عبر منفاخ لتبريد الشريحة. وعادة ما يكون التبريد النشط أفضل في إزالة الحرارة، ولكن المروحة أو المنفاخ أو مجموعة من أنابيب الحرارة باهظة الثمن وتشغل مساحة كبيرة.
تتميز الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) بأفضل ما في العالمين. فهي صغيرة الحجم، ويمكن توصيلها بسهولة بالجزء الخارجي من الشريحة الموجودة. وهي أيضًا أكثر فعالية من حل التبريد السلبي، حيث تستخدم غشاءً مهتزًا كمروحة، تمتص الهواء البارد، وتدفعه عبر السطح الساخن لحزمة الشريحة، ثم تدفع الهواء الساخن للخارج عبر النظام ومن هناك إلى خارج الجهاز.
لا تزال الحجة كما هي: بغض النظر عن مدى سرعة تشغيل الشريحة، فإنها لا تستطيع الوصول إلى سرعتها القصوى لفترات طويلة من الزمن. وعادة ما تستمر أوضاع “التربو” هذه لثوانٍ على الأكثر، مما يعني أن سرعة الشريحة ليست العامل الحاسم في أداء الشريحة، كما تقول شركات مثل xMEMS. التبريد هو العامل الحاسم.
قال مايك هاوسهولدر، نائب رئيس التسويق وتطوير الأعمال في شركة xMEMS: “كل جيل من المعالجات، بغض النظر عن المورد (مثل) ARM وIntel وNvidia وما إلى ذلك، يحسن معادلة الأداء مقابل الطاقة، ومع ذلك، على مستوى النظام، لا نتمكن أبدًا من تحقيق مواصفات الأداء القصوى للسيليكون لفترات زمنية طويلة. هذا دائمًا ما يكون محكومًا بتبديد الحرارة في النظام. لذا، لم يعد الأداء محكومًا بقدرات السيليكون.
“وباختصار، أرى أن تحدي إدارة الطاقة الحرارية يتزايد، وليس يتناقص”، كما قال هاوسهولدر.
كان تقديم Frore Airjet أحد أكثر الإعلانات إثارة في عام 2022. والآن أصبح لدى xMEMS نسختها الخاصة.
ما الفرق بين XMC-2400 وFrore AirJet؟
الفرق في النهج واضح من الصور: أصغر جهاز تصنعه شركة Frore حاليًا هو AirJet Mini Slim، بمساحة 27.5 مم × 41.5 مم × 2.5 مم. وبالمقارنة، فإن XMC-2400 هو صغير الحجم:فقط 9.26 مم × 7.60 مم × 1.08 مم.
لماذا؟ لأن شركة xMEMS تقوم بتصنيع أجهزة MEMS منذ فترة – ولكن ليس للتبريد. بدلاً من ذلك، يأتي XMC-2400 من إرث الشركة في بناء أجهزة MEMS كمكبرات صوت داخل سماعات أذن صغيرة. كان الانتقال من استخدام أغشية MEMS لإنتاج الصوت إلى تلك التي يمكنها تبريد الشريحة انتقالًا طبيعيًا، وفقًا لـ Housholder.
تتميز تقنية xMEMS في منتجات مثل Creative Aurvana Ace 2، في تقدم أشاد به موقع SoundGuys.com باعتباره النسخة الصوتية للانتقال من محركات الأقراص الصلبة إلى محركات أقراص الحالة الصلبة. في نوفمبر/تشرين الثاني الماضي، أعلنت شركة xMEMS عن محول بالموجات فوق الصوتية – والذي يعمل عادةً على مستوى أعلى من مستوى السمع البشري، ولكن تقنية الشركة سمحت له بتوليد صوت مسموع. قال هاوسهولدر: “لذا، فهي في الحقيقة نفس منصة MEMS الكهرضغطية، ولكن تم إعادة استخدامها بحيث بدلاً من توليد صوت مسموع لتشغيل الموسيقى، فهي الآن تولد تدفق الهواء”.
يمكن أن تولد الإلكترونيات الضغطية جهدًا كهربائيًا عند تطبيق الضغط، أو العكس. في هذه الحالة، يتحرك الغشاء فعليًا. قال هاوسهولدر: “لقد كان لدينا في أذهاننا منذ تأسيس الشركة أنه بمجرد أن نتمكن من الحصول على الصوت من تقنية الموجات فوق الصوتية، يمكن أن يكون منتج التبريد فرعًا من ذلك؛ هذا ما نعلن عنه”.
وأضاف هاوسهولدر: “من خلال اللعب بترددات الموجات فوق الصوتية، يمكننا ضبطها على صوت مسموع أو ضبطها على تدفق الهواء”.
وكما هو الحال مع AirJet من إنتاج Frore، يتم امتصاص الهواء البارد أثناء اهتزاز الغشاء في اتجاه واحد، ويتم دفعه ضد موزع الحرارة في الشريحة نفسها. وهذا يخلق تجويفًا مملوءًا بالهواء المضغوط نسبيًا، والذي يتم دفعه بعد ذلك عبر صمام تحرير. يمكن تركيب الفتحات إما في الجزء العلوي أو على جانبي العبوة. قال هاوسهولدر إن XMC-2400 ثنائي الاتجاه، بحيث يمكنك الحصول على XMC-2400 واحد لتبريد الشريحة مباشرة، بينما يتم وضع آخر في مكان آخر في النظام، بالقرب من فتحة تهوية، للمساعدة في سحب الهواء أو دفعه خارج النظام.
وبحسب هاوسهولدر، فإن ميزة xMEMS تكمن في الكفاءة: إذ تتوقع الشركة أنها ستنقل 39 سنتيمتراً مكعباً من الهواء في الثانية، عبر قالب واحد، مع ضغط خلفي يبلغ 1000 باسكال. وتتضمن كل قالب مجموعة من صمامات MEMS؛ وفي هذه الحالة، تتضمن XMC-2400 مجموعة من الصمامات بقياس 2 × 4، بإجمالي ثمانية صمامات. وتزعم الشركة أن كفاءة تدفق الهواء لكل حجم تبلغ 500، مقابل 31.3 لـ Frore. كما أنها بحجم 1/39 من حجم AirJet Mini Slim، وتستهلك عُشر الطاقة، ما بين 20 إلى 30 ملي واط. ومثل AirJet، لا تولد شريحة xMEMS أي ضوضاء تقريباً.
إن XMC-2400 عبارة عن حل مكون من شريحتين؛ وسوف يتضمن أيضًا دائرة متكاملة مخصصة للتحكم في فتح وإغلاق الصمامات. وفي هذه المرحلة، أصبحت شريحة MEMS نفسها جاهزة للتشغيل؛ وقد تلقت الشركة أول مراجعة لدائرة متكاملة مخصصة للتحكم وسوف تكون جاهزة للاستخدام في غضون شهرين، وفقًا لما ذكره هاوسهولدر.
المستقبل: انتظر، شرائح التبريد؟!
صرح هاوسهولدر أن شركة xMEMS تنوي شحن XMC-2400 إلى الهواتف الذكية – الهواتف الذكية الرائدة، وربما هواتف الألعاب أيضًا. نظرًا لأن XMC-2400 في مرحلة ما قبل الإنتاج، فإن الشركة لم تعلن بعد عن أي عملاء. تخطط xMEMS لتجربة XMC-2400 للعملاء في الربع الأول من عام 2025.
وتُعد أقراص SSD أيضًا هدفًا. يقول هاوسهولدر: “أعتقد أنه يمكننا معالجة هذا الأمر الآن. أعتقد أن السوق ربما تكون مناسبة تمامًا لشرائحنا كما هي موجودة اليوم”.
وقال هاوسهولدر إن الشركة تقوم حاليًا بتصنيع رقائقها في كل من TSMC وBosch، حيث تعد الأخيرة أفضل مصنع MEMS في العالم. تمتلك xMEMS طرقًا لتوسيع نطاق تقنيتها: زيادة عدد مجموعات الصمامات في كل شريحة، على سبيل المثال. كما عرضت xMEMS عرضًا توضيحيًا حيث كان اثنان من XMC-2400s يعملان في انسجام لتحريك مروحة صغيرة. لا يوجد سبب يمنع xMEMS أو أحد العملاء من الحصول على عدد من الرقائق تعمل في انسجام.
واقترح هاوسهولدر إمكانية أخرى أكثر إثارة للاهتمام: التفكير في XMC-2400 أو مشتقاته كرقاقة تبريد، داخل إن شريحة Lunar Lake القادمة من شركة Intel، والتي تتكون من عدة شرائح صغيرة، تتكون من عدة شرائح صغيرة تصنعها شركة TSMC.
وهذا يعني أن بائع الشريحة يجب أن يوافق، و ولكن من الواضح أن هذا لن يكون كافياً. إذ يتعين على حزمة الكربون العضوي أن تنفث نفسها. كما أنه ليس من الواضح إلى أي مدى قد يتحسن التبريد. ويقول هاوسهولدر: “نحن بالتأكيد لسنا الخبراء في هذا المجال. ولكن مرة أخرى، أعتقد أن الاحتمال قائم ونحن حريصون على استكشافه”.
في الوقت الحالي، يبدو أن التأثير الأكثر أهمية يتعلق بأقراص SSD، والتي لن يكون لها حل واحد بل حلين محتملين للتبريد النشط بالإضافة إلى مشتتات الحرارة السلبية الحالية. ولكن مع تكرار xMEMS وتوسيع حلول التبريد الخاصة بها فعليًا، فإن المزيد من المكونات داخل الكمبيوتر المحمول، بما في ذلك وحدة المعالجة المركزية، سيكون لديها المزيد من الخيارات للاختيار من بينها أيضًا. أفضل الأخبار على الإطلاق؟ يبدو أن شرائح التبريد ليست مجرد مفهوم ممتع. إنها سوق مشروعة.