Neznámá technologie stojící za novou generací zařízení s umělou inteligencí na okraji sítě

Možná jste o piezoMEMS neslyšeli – ale nové aplikace této drobné, průlomové technologie jsou připraveny změnit budoucnost umělé inteligence na okraji sítě.

V 2023, odhadovali vědci že použití generativní umělé inteligence (genAI) k vytvoření obrazu spotřebovalo tolik energie jako nabíjení chytrého telefonu. A teď si představte, že generujete obrazy s umělou inteligencí pomocí svého chytrého telefonu.

S tím, jak se umělá inteligence přesouvá k edge zařízením, jako jsou chytré telefony a AR brýle, se nejzajímavější a nejrozšířenější aplikace pravděpodobně budou točit kolem personalizovaných a kontextově orientovaných zážitků v reálném čase. Tato zařízení jsou neustále s námi, takže umělá inteligence může využívat jejich senzory – kamery, mikrofony, GPS, akcelerometry – k poskytování bezproblémových řešení a zážitků s nízkou latencí.

Představte si umělou inteligenci jako všudypřítomného pomocníka poskytujícího kontextovou pomoc v reálném čase. Na chytrých telefonech by to mohlo znamenat okamžitý překlad jazyka během konverzací nebo cestování, například když namíříte fotoaparát na ceduli a zobrazí se vám překryvná vrstva ve vašem rodném jazyce. U brýlí AR je to ještě spolehlivější – představte si, že se procházíte městem a do vašeho zorného pole se promítají historická fakta, recenze restaurací nebo navigační pokyny, to vše přizpůsobené vašim zájmům a bez nutnosti vytahovat zařízení. Protože edge AI zpracovává data lokálně, je to výhra pro důvěru a soukromí dat.

Zatímco slib pro hrana AI je zřejmé a přesvědčivé, hardwarové problémy přetrvávají.

• Výzva 1 – TepelnáStejně jako datová centra s umělou inteligencí jsou i zařízení s edge AI omezena teplotou, nikoliv MIPS/výpočetním výkonem. Chytré telefony jsou již na svých teplotních limitech; funkce edge AI problém jen zhoršují. Totéž platí pro AR brýle, protože je integrováno více výpočetních, optických a mikrodisplejových technologií.
• Výzva 2 – Velikost/Hmotnost/ProvedeníTo je pro AR brýle obrovská výzva, protože výrobci hledají svatý grál v tom, jak vyvážit pohodlí při celodenním nošení (hmotnost) s nezbytnou elektronikou a výdrží baterie (výkon), a to vše v módním a stylovém provedení.
• Výzva 3 – Kvalita zvuku konverzační umělé inteligence: Hlas bude dominantním rozhraním, zejména s brýlemi AR, což umožňuje rychlé ovládání bez použití rukou. Konvenční cívkové reproduktory jsou však tlusté a objemné (viz Výzva 2) a nepodávají maximální výkon v těsných a omezených prostorech. Navíc jejich relativně špatná konzistence jednotlivých částí negativně ovlivňuje funkce DSP s přidanou hodnotou, jako jsou režimy soukromí a zaměření na konverzaci.

Přesto stále probíhá šílené úsilí o implementaci genAI na edge zařízeních – chytrých telefonech, brýlích AR a dalších mobilních zařízeních. Výzkumníci ve společnosti Deloitte odhadují, že podíl chytrých telefonů s podporou genAI by mohl do konce letošního roku překročit 30 procent dodávek. Nemluvě o tom, nová kategorie chytrých brýlí s technologií genAI.

U edge zařízení spočívá část řešení v přepracování elektroniky, která je do nich zabudována.

Komponenty PiezoMEMS umožňují GenAI na okraji sítě

Technologie PiezoMEMS řeší výzvy generace umělé inteligence v edge zařízeních. Nejen díky tomu, co dělá, ale i kvůli způsobu, jakým je vyrobena.

PiezoMEMS je aplikace technologie mikroelektromechanických systémů, která využívá piezoelektrické materiály k přeměně elektrické energie na pohyb, v podstatě jde o napěťově řízený zdroj proudění vzduchu. Součásti PiezoMEMS se vyrábějí spolehlivým, stabilním a vysoce uniformním polovodičovým procesem, což umožňuje hromadnou výrobu vysoce účinné a cenově dostupné mikroelektroniky v malých, 1 milimetrových pouzdrech čipů.

Aktivní chlazení pro správu teploty na okraji počítače s umělou inteligencí

Nyní existují ultrazvukové piezoMEMS křemíkové aktuátory, které pumpují zcela tiché, bezvibrační pulzy vzduchu za účelem chlazení tenkých elektronických systémů s omezeným prostorem – v podstatě ventilátor na čipu.

Důsledky pro chlazení edge zařízení s umělou inteligencí jsou zásadní. První mikrochladicí ventilátor PiezoMEMS je o 96 procent menší a lehčí než tradiční ventilátory – a je jediným aktivním zařízením pro řízení teploty, které je dostatečně malé a tenké, aby se vešlo do chytrých telefonů a brýlí AR. Udržuje teploty povrchu a komponent o 15–30 % nižší a zároveň umožňuje výpočetní techniku ​​provozovat na špičkový výkon po delší dobu.

Reproduktory PiezoMEMS jako konverzační rozhraní umělé inteligence

Velikost a hmotnost: Reproduktory piezoMEMS dokáží produkovat stejnou nebo lepší hlasitost (hladinu akustického tlaku [SPL]) jako konvenční cívkové reproduktory, ale za zlomek velikosti, tloušťky a hmotnosti. Použití tohoto nového reproduktoru v brýlích s umělou inteligencí může produktové designéry přiblížit k rovnováze svatého grálu, o které se v tomto článku hovořilo dříve.

Zde jsou dva příklady. Zaprvé, piezoMEMS reproduktor s tloušťkou 1 milimetru je přibližně o 70 % tenčí než běžné cívkové reproduktory, což umožňuje, aby ramena brýlí byla tenčí a stylovější.

Za druhé, bylo navrženo, že ideální hmotnost brýlí je 30 gramů pro dosažení celodenního pohodlí při nošení. V brýlích s umělou inteligencí váží konvenční cívkové reproduktory obvykle přibližně 2 gramy. S jedním reproduktorem v každém raménku brýlí (celkem 4 gramy) přispívají reproduktory přibližně 15 % celkové hmotnosti systému. Reproduktory PiezoMEMS s hmotností přibližně 150 miligramů každý dokáží odstranit více než 90 % hmotnosti reproduktorů, čímž se brýle s rozšířenou realitou blíží cílové hodnotě 30 gramů.

Čistota zvuku. Kromě malých rozměrů a hmotnosti vylepšují reproduktory piezoMEMS zvukový zážitek. Nejenže generují dostatečnou hlasitost v otevřeném prostoru, ale také vynikají v reprodukci vysokých frekvencí, které jsou obvykle spojovány se zlepšenou srozumitelností a čistotou řeči. Je to proto, že piezoMEMS poskytuje rychlejší mechanickou odezvu než tradiční konstrukce reproduktorů s téměř žádným fázovým posunem, což znamená, že zvuk je čistý, detailní a přesný.

Vylepšené funkce DSP. Funkce náročné na DSP, jako jsou režimy soukromí a směrovaný zvuk, budou s reproduktory piezoMEMS fungovat lépe. Díky uniformitě a konzistenci polovodičového procesu mají tyto reproduktory téměř ideální hlasitost a fázové přizpůsobení mezi jednotlivými částmi, což poskytuje předvídatelnější okno pro fungování algoritmu DSP. Díky menší variabilitě reproduktoru mohou algoritmy DSP zlepšit výkon s menšími režijními náklady.

Odemknutí potenciálu zařízení s umělou inteligencí na okraji sítě

Nakonec bude zapotřebí značných inovací, aby se síla generativní umělé inteligence dostala do koncových zařízení spotřebitelů. Výrobci nejen musí překonat fyziku, ale také musí zajistit co nejlepší uživatelský zážitek – to vše bez kompromisů v oblasti provedení.

Nové inovace v technologii piezoMEMS otevírají možnosti odstranění tepelných omezení, poskytují lepší srozumitelnost řeči pro konverzační AI a zároveň vylepšují styl (tenký design) a pohodlí (hmotnost) chytrých telefonů s umělou inteligencí a brýlí pro rozšířenou realitu.

Ekosystém genAI je rozsáhlý a propojený. PiezoMEMS může být klíčovým nástrojem.