Как смартфоны охлаждаются сечйчас? Вопрос нетривиальный. Ведь как охлаждаются компьютеры и ноутбуки мы знаем точно: при помощи вентилятора. Точнее сказать: системы охлаждения, состоящей из герметичных тепловых трубок с охлаждающей жидкостью, радиатора и вентилятора. Охлаждающая жидкость поглощает тепло из источника нагрева, переходит в парообразное состояние и движется по трубке в сторону более холодного радиатора, где она конденсируется и отдаёт полученное тепло. Перейдя в жидкую фазу, жидкость возвращается к источнику тепла и повторяет цикл. Задача вентилятора при этом — охладить потоком воздуха радиатор и вывести тёплый воздух наружу. При работе настольного компьютера мы слышим жужжание вентилятора, а при работе ноутбука ощущаем поток воздуха из вентиляционной решётки.
Но вот при работе смартфона мы ничего такого не ощущаем, поскольку вентиляторов в смартонах нет (за исключением некоторых мощных «игровых» устройств). Почему в смартфонах нет вентиляторов? Смартфоны бы от них тоже не оказались, но вот поместить вентляторы в столь тонкие и компактные устройства, которыми являются современными смартфоны, возможным не представляется, по крайней мере в массовом порядке. Даже медные тепловые трубки приходится сплющивать до 1 мм и даже меньше. К тому же это уже не просто трубки, а многослойные системы сложной формы, оптимизированные для отвода тепла. В общем в смартфонах радиаторам приходится «отдуваться» и за себя, и за вентилятор. Благо что радиаторы изготавливаются из теплопроводящих материалов, таких как алюминий или медь, поглощающих и рассеивающих тепло, поступающее от процессора смартфона.
По мере роста мощности мобильных процессоров стало ясно, что в дальнейшем обходиться исключительно пассивной системой охлаждения смартфонов вряд ли получится. А с развитием вычислений искусственного интеллекта (ИИ) вопрос о массовом внедрении систем активного охлаждения вообще встал ребром, так как приложения ИИ, интегрированные в «системах на кристалле» мобильных устройств, становятся всё более и более ресурсоёмкими: распознавание лиц и голоса, перевод в режиме реального времени, обработка фотографий вплоть до их полной неузнаваемости, -— потребляют недюжинную вычислительную мощность.
Решение предложила американская компания xMEMS: использовать в качестве вентилятора кремниевый чип МЭМС (микроэлектромеханическая система) «XMC-2400 µCooling». Чип использует пьезоэлектрический эффект, при котором материал перемещается при подаче на него электрического тока. В результате множество мельчайших кремниевых структур колеблятся на ультразвуковых частотах и генерируют воздушные импульсы, из которых в итоге складывается охлаждающий воздушный поток. Что и говорить, решение элегантное. Более того, xMEMS дала «путёвку в жизнь» новому термину в микроэлектронике: «ветилятор на кристалле».
Габариты вентлятора: 9,26 х 7,6 х 1,08 мм (1,08 мм — это толщина). Весит он менее 150 миллиграмм, но при этом способен перемещать до 39 кубических сантиметров воздуха в секунду с обратным давлением 1000 Па. xMEMS планирует предоставить заказчикам образцы микровентилятора XMC-2400 в первом квартале следующегогода. А в 2026 году устройство уже может появиться в первых смартфонах. Одними смартфонами планы калифорнийской компании не ограничиваются: предположительно новая система охлаждения также найдёт савоё применение в ультратонких ноутбуках, гарнитурах виртуальной реальности, беспроводных зарядных устройствах и твердотельных накопителях.
Реализма планам по широкому распространению новых вентиляторов добавляет тот факт, что xMEMS µCooling основан на том же производственном процессе, что и полнодиапазонный микродинамик xMEMS Cypress, предназначенный для беспроводных наушников-вкладышей с функцией шумоподавления. После вывода нового динамика на рынок, за первое полугодие текущего года, компания поставила своим клиентам более полумиллиона таких динамиков. Так что для американской компании разработка МЕМС-систем это не только наука, но и вполне практическая задача.
Так что возможно уже в самом недалёком будущем станет реже проявляться и одна из главных проблем мощных мобильных процессоров: троттлинг. Это метод защиты процессора от перегрева, когда при повышении температуры выше предельного уровня автоматически снижается тактовая частота, а стало быть падает производительность. Хотя с учётом того, как стремительно растут вычислительные мощности современных процессоров, «соревнование» между процессорами и вентиляторами наверняка продолжится и в будущем.
