Neznámá technologie za novou generací zařízení Edge AI

Můžete belum slyšet o piezoMEMS — ale nové aplikace této malé, zásadně měnící technologie jsou připraveny přetvořit budoucnost AI na okraji.

V roce 2023 vědci odhadovali, že použití generativní umělé inteligence (genAI) pro vytvoření obrázku spotřebovalo tolik energie, jako nabít smartphone. Teď si představte generování AI obrázků pomocí vašeho smartphone.

Jak se AI přesouvá do zařízení na okraji, jako jsou smartphony a AR brýle, nejzajímavější a nejrozšířenější aplikace se pravděpodobně budou točit kolem reálných, personalizovaných a kontextově-aware zkušeností. Tato zařízení jsou vždy s námi, takže AI může využít jejich senzory – kamery, mikrofony, GPS, akcelerometry – k poskytování bezproblémových, nízké latence řešení a zkušeností.

Představte si AI jako všudypřítomného pomocníka poskytujícího reálnou kontextovou pomoc. Na smartphonech to může znamenat okamžitý překlad jazyka během konverzací nebo cestování, jako například ukázání kamery na znak a získání překladu do vašeho rodného jazyka. Pro AR brýle je to ještě více – představte si, že procházíte městem a máte historické skutečnosti, recenze restaurací nebo navigační nápovědu projekované do vašeho zobrazení, vše přizpůsobené vašim zájmům a bez nutnosti vyndat zařízení. Protože edge AI zpracovává data místně, je to výhra pro důvěru a ochranu dat.

Zatímco slib edge AI je zřejmý a přesvědčivý, zůstávají hardwarové výzvy.

• Výzva 1 – Tepelná: Stejně jako AI datové centra, zařízení edge AI jsou tepelně omezená, ne MIPS/compute-omezená. Smartphony jsou již na svých tepelných limitech; funkce edge AI prostě zhoršují problém. Stejně tak i AR brýle, protože se integrují více výpočetních, optických a mikrodisplejů.
• Výzva 2 – Velikost/Váha/Design: Tato je obrovská výzva pro AR brýle, protože výrobci usilují o svatý grál vyvážení komfortu nošení po celý den (váha) s nezbytnou elektronikou a životností baterie (výkon) ve fashion-first, stylovém designu.
• Výzva 3 – Konverzační AI Audio Kvalita: Hlas bude dominantním rozhraním, zejména u AR brýlí, umožňujícím rychlou, bezdotykovou operaci. Nicméně, konvenční cívkové reproduktory jsou tlusté a objemné (viz Výzva 2) a nedosahují svého maximálního potenciálu v těsných, omezených prostorech. Kromě toho jejich relativně špatná konzistence dílů negativně dopadá na hodnotné funkce DSP, jako jsou režimy soukromí a konverzační režimy.

Přesto je divoký závod k provedení genAI na zařízeních edge – smartphonech, AR brýlích a dalších mobilních zařízeních – v plném proudu. Výzkumníci z Deloitte odhadují, že podíl genAI-připravených smartphone může přesáhnout 30 procent dodávek do konce tohoto roku. Nemluvě o nové kategorii genAI-pohoněných chytrých brýlí.

V zařízeních edge je část řešení spojena s přeimaginováním elektroniky, která do nich vstupuje.

PiezoMEMS Komponenty Povolují GenAI na Okraji

Technologie piezoMEMS řeší výzvy genAI v zařízeních edge. Nejen kvůli tomu, co dělá, ale také kvůli tomu, jak se vyrábí.

PiezoMEMS je aplikace technologie mikro-elektromechanických systémů, která používá piezoelektrické materiály k převodu elektrické energie na pohyb, vlastně zdroj vzduchového proudu ovládaný napětím. Komponenty piezoMEMS se vyrábějí v spolehlivém, stabilním a vysoce uniformním polovodičovém procesu, umožňujícím masovou produkci vysoce účinných, nákladově efektivní mikroelektroniky v malých, 1-milimetrových tenkých čipových baleních.

Aktivní Chlazení pro Správu Tepelného Prostředí Edge AI

Ultrazvukové piezoMEMS křemenné akční členy nyní existují k čerpání zcela tichého, vibrací-free pulzů vzduchu za účelem chlazení tenkých, prostorově omezených elektronických systémů – vlastně ventilátor na čipu.

Dopady na chlazení zařízení edge AI jsou hluboké. První piezoMEMS mikro-ventilátor je 96 procent menší a lehčí než tradiční ventilátory – a je jediným aktivním zařízením tepelné správy dostatečně malým a tenkým, aby se vešel do smartphone a AR brýlí, udržujícím povrchové a komponentové teploty 15-30% chladnější a umožňujícím výpočetnímu procesu běžet na špičkovém výkonu po delší dobu.

PiezoMEMS Reproduktory jako Rozhraní Konverzační AI

Velikost a váha: piezoMEMS reproduktory mohou produkovat ekvivalentní nebo lepší hlasitost (úroveň zvukového tlaku [SPL]) jako konvenční cívkové reproduktory, ale zlomek velikosti, tloušťky a váhy. Použití tohoto nového reproduktoru na AI-připravených brýlích může dostat produktové designéry blíže k svatému grálu rovnováhy, o které se zmiňuje tato стать.

Zde jsou dva příklady. První, při tloušťce 1 milimetr, je piezoMEMS reproduktor ~70% tenčí než konvenční cívkové reproduktory, což umožňuje ramenům brýlí být tenčí a stylovější.

Druhý, navrhuje se, že ideální váha brýlí je 30 gramů pro dosažení komfortu nošení po celý den. V AI brýlích konvenční cívkové reproduktory obvykle váží ~2 gramy každý. S jedním v každém rameném (4 gramy celkem), reproduktory přispívají ~15% celkové váhy systému. PiezoMEMS reproduktory, při ~150 miligramech každý, mohou odstranit >90% váhy přispívané reproduktory, přivádějící AR brýle blíže k 30-gramovému cíli.

Zvuková čistota. Kromě své malé velikosti a váhy, piezoMEMS reproduktory zlepšují zvukový zážitek. Nejenže generují dostatečnou hlasitost ve volném prostoru, ale vynikají v reprodukci vysokých frekvencí, které jsou typicky spojeny se zlepšenou srozumitelností řeči a čistotou. To je protože piezoMEMS dodává rychlejší mechanickou odpověď než tradiční designy reproduktorů s téměř žádným fázovým posunem, což znamená, že zvuk je čistý, detailní a přesný.

Vylepšené funkce DSP. Nakonec, funkce DSP-intenzivní, jako jsou režimy soukromí a směrovaný zvuk, budou fungovat lépe s piezoMEMS reproduktory. Díky uniformitě a konzistenci polovodičového procesu, tyto reproduktory mají téměř ideální díl-ke-dílu hlasitost a fázový soulad, poskytující více předvídatelné okno pro algoritmus DSP. S menší variabilitou reproduktoru, algoritmy DSP mohou vylepšit výkon s menším procesním zatížením.

Odemknutí Potenciálu Zařízení Edge AI

Na konci, bude to vyžadovat významné inovace, aby se přinesla síla generativní AI do spotřebitelských zařízení edge. Nejenže musí výrobci překonat fyziku, ale musí také zajistit nejlepší možný uživatelský zážitek – vše bez kompromisů na design.

Nové inovace v technologii piezoMEMS otevírají možnosti odstranit tepelná omezení, dodat lepší srozumitelnost řeči pro konverzační AI a vylepšit styl (tenký) a komfort (váha) v zařízeních edge AI smartphone a AR brýlí.

Ekosystém genAI je rozsáhlý a propojený. PiezoMEMS může být klíčovým umožňujícím prvkem.