Neznámá technologie za novou generací zařízení Edge AI

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

V roce 2023 výzkumníci odhadli, že použití generativní umělé inteligence (genAI) pro vytvoření obrazu spotřebuje tolik energie, jako nabíjení smartphonu. Teď si představte generování AI obrázků pomocí vašeho smartphonu.

Jak se AI přesouvá do zařízení na okraji, jako jsou smartphony a brýle AR, nejvíce přesvědčivé a široce používané aplikace budou pravděpodobně spočívat v reálném čase, personalizovaných a kontextově-aware zkušenostech. Tato zařízení jsou vždy s námi, takže AI může využít jejich senzory – kamery, mikrofony, GPS, akcelerometry – k poskytování bezproblémových, nízké latence řešení a zkušeností.

Přemýšlejte o AI jako o všudypřítomném pomocníkovi poskytujícím reálnou podporu. 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 brýle AR je to ještě více – představte si, že procházíte městem a máte historické skutečnosti, recenze restaurací nebo navigační nápovědu projekovanou do vašeho zobrazení, vše přizpůsobené vašim zájmům a bez nutnosti vyndat zařízení. Jelikož 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 centrum, 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 pro brýle AR, protože je integrováno více výpočtů, optiky a mikrodisplejů.
• Výzva 2 – Velikost/Hmotnost/Design: Tato je obrovská výzva pro brýle AR, protože výrobci hledají svatý grál vyvážení pohodlí nošení (hmotnosti) s nezbytnou elektronikou a životností baterie (výkonem) ve stylu, který je první.
• Výzva 3 – Kvalita zvuku Konverzační AI: Hlas bude dominantním rozhraním, zejména s brýlemi AR, umožňujícím rychlou, bezdotykovou operaci. Nicméně, konvenční cívkové reproduktory jsou tlusté a objemné (viz Výzva 2) a nedosahují svého maximálního potenciálu v úzkých, 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 na provedení genAI na zařízeních na okraji – smartphonech, brýlích AR a dalších mobilních zařízeních – v plném proudu. Výzkumníci z Deloitte odhadují, že podíl genAI-připravených smartphoneů by mohl překročit 30 procent dodávek do konce tohoto roku. Nemluvě o nové kategorii genAI-připravených chytrých brýlí.

V zařízeních na okraji je část řešení spojena s přepracováním elektroniky, která do nich jde.

PiezoMEMS Komponenty Povolují GenAI na Okraji

Technologie piezoMEMS řeší výzvy genAI v zařízeních na okraji. Nejen kvůli tomu, co dělá, ale také kvůli tomu, jak je vyrobena.

PiezoMEMS je aplikace technologie mikro-elektromechanických systémů, která používá piezoelektrické materiály pro přeměnu elektrické energie na pohyb, vlastně napětím řízený zdroj vzduchu. Komponenty piezoMEMS jsou vyráběny v spolehlivém, stabilním a vysoce uniformním polovodičovém procesu, který umožňuje masovou produkci vysoce účinných, nákladově efektivní mikroelektroniky v malých, 1-milimetrových tenkých čipových baleních.

Aktivní Chlazení pro Tepelné Řízení Edge AI

Ultrazvukové piezoMEMS křemíkové akční členy nyní existují pro čerpání zcela tichých, bezvibračních pulzů vzduchu pro účel chlazení tenkých, prostorově omezených elektronických systémů – vlastně ventilátor na čipu.

Dopady na chlazení zařízení edge AI jsou hluboké. První piezoMEMS mikro-ventilátor je o 96 procent menší a lehčí než tradiční ventilátory – a je jediným aktivním tepelným řízením, které je dostatečně malé a tenké, aby se vešlo do smartphoneů a brýlí AR, udržujících povrchové a komponentové teploty o 15-30% chladnější a umožňujících výpočetnímu výkonu běžet na nejvyšší úrovni po delší dobu.

PiezoMEMS Reproduktory jako Rozhraní Konverzační AI

Velikost a Hmotnost: piezoMEMS reproduktory mohou produkovat ekvivalentní nebo lepší hlasitost (úroveň zvukového tlaku [SPL]) jako konvenční cívkové reproduktory, ale za zlomek velikosti, tloušťky a hmotnosti. Použití tohoto nového reproduktoru na AI-připravených brýlích může dostat produktové návrháře blíže k svatému grálu vyvážení, o kterém se zmiňuje tento článek.

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

Druhý, bylo navrženo, že ideální hmotnost brýlí je 30 gramů pro dosažení pohodlí nošení po celý den. V AI brýlích konvenční cívkové reproduktory obvykle váž ~2 gramy každý. S jedním v každém rameni brýlí (4 gramy celkem), reproduktory přispívají ~15% celkové hmotnosti systému. PiezoMEMS reproduktory, ~150 miligramů každý, mohou odstranit >90% hmotnosti přispívané reproduktory, přivádějící brýle AR blíže k 30-gramovému cíli.

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

Zlepšené Funkce DSP. Nakonec, funkce DSP, jako jsou režimy soukromí a směrovaný zvuk, budou fungovat lépe s piezoMEMS reproduktory. Díky uniformitě a konzistenci polovodičového procesu, tyto reproduktory mají téměř ideální shodu dílů a fázového vyrovnání, poskytující předvídatelné okno pro algoritmus DSP, aby fungoval. S menší variabilitou z reproduktoru, algoritmy DSP mohou zlepšit výkon s menším procesním přetížením.

Odemknutí Potenciálu Zařízení Edge AI

Nakonec, bude to vyžadovat významné inovace, aby se přinesla síla generativní AI do spotřebních zařízení na okraji. Výrobci musí nejen překonat fyziku, ale také zajistit nejlepší možnou uživatelskou zkušenost – vše bez kompromisů na design.

Nové inovace v technologiích piezoMEMS otevírají možnosti odstranit tepelná omezení, dodat zlepšenou srozumitelnost řeči pro konverzační AI, zatímco zlepšují styl (tenký) a pohodlí (hmotnost) v zařízeních edge AI smartphonech a brýlích AR.

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