Os fãs mantêm as fichas frescas. A maioria dos consumidores sabe disso, quer tenham aberto seu laptop ou ouvido o assobio de um ventilador. Mas uma startup envolvida com a Intel está usando salgadinhos para manter os microprocessadores resfriados, aumentando enormemente o desempenho e mudando o design do laptop para sempre.
A Frore Systems está fabricando dois chips, o AirJet Mini e o AirJet Pro, que serão fixados no processador de um laptop no lugar de um tubo de calor ou ventilador. Ambos os chips resfriam ativamente, mas quase silenciosamente, a CPU do laptop, fornecendo mais pressão de ar, mas menos ruído acústico do que um ventilador convencional, de acordo com executivos da empresa. Mas é a vantagem de desempenho geral — até o dobro! – com o qual você se importará.
Este é o argumento por trás do AirJet: “Muitas vezes, é a capacidade da solução térmica que determina quão bom é o desempenho que você está obtendo de um dispositivo”, disse o Dr. Seshu Madhavapeddy, diretor executivo da Frore.
Praticamente todos os processadores incluem sensores térmicos que “aceleram” o chip para evitar o superaquecimento. Ao mesmo tempo, os processadores são projetado superaquecer; ao colocar o chip em um modo “turbo” com overclock, os chips de desktop e laptop ultrapassarão essas restrições térmicas para oferecer um breve período de maior desempenho. Após esse período expirar, no entanto (às vezes conhecido como “tau”), o processador cai de volta para o que geralmente consideramos sua velocidade nominal, ou PL1.
O que o Frore, o AirJet Mini e o Airjet Pro foram projetados para fazer é estender esse período “tau”. No caso de um notebook PC baseado em Arm, Frore acredita que o tau pode ser estendido indefinidamente. Ao emparelhar o processador com quatro AirJet Minis, um chip Arm de 1,8 GHz funcionará em sua velocidade aumentada de 3,5 GHz “para sempre”, disse Madhavapeddy. Os AirJet Pros, projetados para laptops X86, têm um efeito semelhante: um chip que pode aumentar para 4,8 GHz pode, em vez disso, cair para um novo PL1 de 2,1 GHz, em vez dos 1,4 GHz normais que você obteria usando um par de ventiladores convencionais.
Sistemas Frore
Os chips AirJet da Frore usam uma combinação de princípios de ressonância fluídica, acústica e elétrica para sugar o ar frio da parte superior do chip e empurrá-lo para os lados aproximadamente na mesma temperatura do calor que vem da superfície do próprio processador do laptop. Cabe então ao fabricante do laptop liberar esse calor para fora.
O que tudo se resume é simples: executando um processador em seu modo turbo, por mais tempo, o desempenho do laptop pode aumentar dramaticamente. Ou, como o próprio Frore diz: “AirJet dobra o desempenho do processador”.
Como funcionam os chips AirJet da Frore
Os desktops usam uma variedade de técnicas para resfriar os chips e estender o tempo de tau: radiadores e resfriadores, ventiladores grandes e até mesmo resfriamento a água por meio de várias mangueiras. Mas um gabinete de desktop oferece espaço físico para tornar essas soluções viáveis. Laptops e tablets são extremamente limitados em termos de espaço, tornando essas soluções muito menos práticas. É por isso que o AirJet de Frore é tão interessante.
“O calor é de longe o maior obstáculo que precisamos superar na computação”, disse Patrick Moorhead, analista-chefe da Moor Insights & Strategy e ex-executivo da AMD, em um comunicado. “O hardware estressado termicamente não funciona de maneira ideal e as soluções térmicas atuais ficam aquém. Acredito que a Frore Systems reinventou a tecnologia térmica com seu chip AirJet, que dobra a remoção ativa de calor com uma solução mais fina e silenciosa que oferece maior desempenho.”
Os chips Frore AirJet funcionam sugando o ar pela parte superior do chip dentro dele, onde o calor é trocado e depois expelido para as laterais do chip. Para criar a sucção, Frore colocou membranas vibratórias dentro do chip, que ressoam em dezenas de mícrons de amplitude. De acordo com Madhavapeddy, as membranas ressoam no que ele chama de “ressonância estrutural”, para criar a vibração máxima usando a menor quantidade de energia. Sensores no chip ajustam dinamicamente a frequência de ressonância à medida que a temperatura muda, acrescentou. Frore afirma que o calor transferido está próximo da saturação, extraindo o máximo de calor possível do próprio processador. (Cabe ao fabricante do laptop ventilar o ar quente para o mundo exterior.)
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“Como [the membranes] vibram, eles puxam o ar do topo – eles criam a força de sucção que automaticamente puxa o ar do topo para dentro do chip”, disse Madhavapeddy. “E então o ar é empurrado para baixo, como um mar no fundo da cavidade. E é como um chuveiro, então o ar vem pelo topo, e é empurrado para baixo através deste mar… E estes [shower] jatos estão colidindo com o dissipador de calor de cobre na parte inferior. A transferência de calor ocorre quando essas aberturas pulsantes de ar atingem o dissipador de calor de cobre. Eles extraem calor do dissipador de calor de cobre com eficiência muito alta e, em seguida, o ar sai.”
Tudo isso acontece em um chip com apenas 2,8 mm de espessura, acrescentou Madhavapeddy.
Madhavapeddy afirmou que os chips AirJet fornecem mais de dez vezes a pressão de um ventilador de laptop típico, enquanto ficam abaixo do piso acústico (21 a 24 dBA) de uma solução “silenciosa”. Por causa da alta contrapressão, disse ele, os orifícios de entrada podem ser cobertos com um material IP68 à prova d’água/poeira, permitindo que um fabricante de laptop evite que poeira e outras partículas cubram o interior de um laptop.
“Uma grande vantagem… é como seu notebook funciona quando você o coloca em um travesseiro ou colchão”, disse Madhavapeddy. “Em um notebook típico, as aberturas de entrada estão na parte inferior do notebook. Você verá muitos orifícios na parte inferior de quase todos os notebooks. E se você colocá-lo em uma mesa, tudo bem porque eles têm pequenas pilhas para levantar um pouco o notebook para que haja uma lacuna, e o ar pode passar pela abertura pelas aberturas na parte inferior do notebook para dentro os fãs. Mas quando você o coloca em um travesseiro ou colchão, essas paredes ficam todas bloqueadas e os ventiladores ficam sufocados. Como resultado, você não obtém o benefício do torcedor.”
“Eliminamos completamente esse problema porque, em nosso caso, você não precisa ter nenhuma ventilação na parte inferior”, acrescentou Madhavapeddy.
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No momento, a solução MiniJet está voltada para dispositivos móveis – laptops, tablets e headsets VR. A próxima geração, projetada para ser mais fina e leve, terá como alvo os smartphones, disse Madhavapeddy.
Embora a Frore fabrique seus chips em uma fábrica em Taiwan, a empresa usa uma variedade de técnicas de vários setores (desde a fabricação de painéis planos até a aeroespacial) para fixar a membrana vibratória à âncora.
Madhavapeddy disse que a Intel está trabalhando com a Frore para explorar como a tecnologia AirJet pode melhorar seus próprios chips. Não está claro, no entanto, quanto essa solução aumentará o custo de um laptop ou processador de laptop. “Somos competitivos em relação ao valor que estamos entregando”, disse Madhavapeddy. “Estamos envolvidos com vários OEMs e esperamos que você veja produtos no mercado em 2023.”
Como a Intel está envolvida com o AirJet da Frore
De acordo com a Intel, as duas empresas estão envolvidas em uma “colaboração de engenharia” projetada para melhorar o desempenho dos laptops Evo da Intel, que são co-projetados com os próprios fabricantes de laptops. Intel, Frore e alguns fabricantes de PCs estão trabalhando juntos para co-implementar a tecnologia MiniJet e ajudar a Frore a trazê-la para o mercado.
“A missão da Intel com o Intel Evo é unir o ecossistema de PC aberto para oferecer as melhores experiências de laptop possíveis que as pessoas desejam”, disse Josh Newman, vice-presidente e gerente geral de plataformas móveis da Intel, em um comunicado. “Projetar designs de laptop finos, leves e elegantes que oferecem excelente desempenho enquanto permanecem frios e silenciosos são fundamentais para essa missão. A tecnologia AirJet da Frore Systems oferece uma abordagem nova e inovadora para ajudar a alcançar esses objetivos de design de novas maneiras e a Intel está entusiasmada com a colaboração de engenharia com a Frore Systems para ajudar a preparar sua tecnologia para futuros laptops Intel Evo.”
Uma porta-voz da Intel disse por e-mail que não há acordo financeiro além de um acordo de desenvolvimento. No ano passado, a Intel ajudou a Frore a implementar protótipos de chips em notebooks reais, ajudou a definir metas de engenharia como ruído do ventilador e temperatura da pele, redesenhou parte da arquitetura da placa-mãe, convidou engenheiros da Frore para o laboratório da Intel em Bangalore para depuração e ajuste e deu “ orientação prática” para ajudar Frore a trabalhar com mais fabricantes de hardware por meio de layouts e prototipagem aprimorados.
Neste ponto, não está claro quanto custo o AirJet adicionará a um laptop ou em que quantidade os AirJets podem ser fabricados. A AMD assinará contrato para usar a tecnologia? Surgirá um concorrente da AirJet? Todas essas perguntas serão eventualmente respondidas. Mas o fato é que o Frore e sua tecnologia AirJet são uma das adições mais interessantes para laptops e PCs em anos.