Η άγνωστη τεχνολογία πίσω από μια νέα γενιά συσκευών Edge AI

Μπορεί να μην έχετε ακούσει για τα piezoMEMS — αλλά οι νέες εφαρμογές αυτής της μικροσκοπικής, επαναστατικής τεχνολογίας είναι έτοιμες να αναδιαμορφώσουν το μέλλον της Τεχνητής Νοημοσύνης στα όρια.

Σε 2023, εκτιμούν οι ερευνητές ότι η χρήση της γενετικής τεχνητής νοημοσύνης (genAI) για τη δημιουργία μιας εικόνας κατανάλωσε τόση ενέργεια όσο η φόρτιση ενός smartphone. Τώρα, φανταστείτε να δημιουργείτε εικόνες AI με το smartphone σας.

Καθώς η Τεχνητή Νοημοσύνη μετατοπίζεται σε συσκευές edge όπως τα smartphones και τα γυαλιά AR, οι πιο συναρπαστικές και διαδεδομένες εφαρμογές πιθανότατα θα περιστρέφονται γύρω από εξατομικευμένες εμπειρίες σε πραγματικό χρόνο, με επίγνωση του περιβάλλοντος. Αυτές οι συσκευές είναι πάντα μαζί μας, επομένως η Τεχνητή Νοημοσύνη μπορεί να αξιοποιήσει τους αισθητήρες της - κάμερες, μικρόφωνα, GPS, επιταχυνσιόμετρα - για να προσφέρει απρόσκοπτες λύσεις και εμπειρίες χαμηλής καθυστέρησης.

Σκεφτείτε την Τεχνητή Νοημοσύνη ως έναν πανταχού παρόντα βοηθό που παρέχει βοήθεια σε πραγματικό χρόνο. Στα smartphones, αυτό θα μπορούσε να σημαίνει άμεση μετάφραση γλώσσας κατά τη διάρκεια συνομιλιών ή ταξιδιών, όπως να στρέφετε την κάμερά σας σε μια πινακίδα και να λαμβάνετε μια επικάλυψη στη μητρική σας γλώσσα. Για τα γυαλιά AR, είναι ακόμη πιο κολλώδες - φανταστείτε να περπατάτε σε μια πόλη και να προβάλλονται ιστορικά γεγονότα, κριτικές εστιατορίων ή ενδείξεις πλοήγησης στην προβολή σας, όλα προσαρμοσμένα στα ενδιαφέροντά σας και χωρίς να χρειάζεται να αφαιρέσετε μια συσκευή. Δεδομένου ότι η edge AI επεξεργάζεται δεδομένα τοπικά, αποτελεί νίκη για την εμπιστοσύνη και το απόρρητο των δεδομένων.

Ενώ η υπόσχεση για άκρη AI είναι προφανές και πειστικό, οι προκλήσεις στο υλικό παραμένουν.

• Πρόκληση 1 – ΘερμικήΌπως ακριβώς και τα κέντρα δεδομένων τεχνητής νοημοσύνης, οι συσκευές edge AI έχουν θερμικούς περιορισμούς και όχι περιορισμούς MIPS/υπολογιστικών. Τα smartphones βρίσκονται ήδη στα θερμικά τους όρια. Οι λειτουργίες edge AI απλώς επιδεινώνουν το πρόβλημα. Το ίδιο ισχύει και για τα γυαλιά AR, καθώς ενσωματώνονται περισσότερες υπολογιστικές δυνατότητες, οπτικά και μικροοθόνες.
• Πρόκληση 2 – Μέγεθος/Βάρος/Συντελεστής ΜορφήςΑυτή είναι μια τεράστια πρόκληση για τα γυαλιά AR, καθώς οι κατασκευαστές αναζητούν το ιερό δισκοπότηρο της εξισορρόπησης της άνεσης (βάρος) όλη την ημέρα με τα απαραίτητα ηλεκτρονικά και τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας (απόδοση), όλα σε μια κομψή και μοντέρνα μορφή.
• Πρόκληση 3 – Ποιότητα ήχου τεχνητής νοημοσύνης σε συνομιλία: Η φωνή θα είναι η κυρίαρχη διεπαφή, ιδιαίτερα με γυαλιά AR, επιτρέποντας γρήγορη λειτουργία χωρίς χέρια. Ωστόσο, τα συμβατικά ηχεία πηνίου είναι παχιά και ογκώδη (βλ. Πρόκληση 2) ​​και δεν αποδίδουν στο μέγιστο των δυνατοτήτων τους σε στενούς, περιορισμένους χώρους. Επιπλέον, η σχετικά κακή συνοχή τους από μέρος σε μέρος επηρεάζει αρνητικά τις λειτουργίες DSP προστιθέμενης αξίας, όπως οι λειτουργίες απορρήτου και εστίασης συνομιλίας.

Παρόλα αυτά, η τρελή προσπάθεια για την εκτέλεση τεχνολογίας genAI σε συσκευές edge – smartphones, γυαλιά AR και άλλες κινητές συσκευές – βρίσκεται σε εξέλιξη. Ερευνητές στην Deloitte εκτιμούν ότι το μερίδιο των smartphones με δυνατότητα genAI θα μπορούσε να ξεπεράσει το 30% των αποστολών μέχρι το τέλος του έτους. Για να μην αναφέρουμε τίποτα για μια νέα κατηγορία έξυπνων γυαλιών με τεχνολογία genAI.

Στις συσκευές edge, μέρος της λύσης προέρχεται από τον επαναπροσδιορισμό των ηλεκτρονικών συστημάτων που τις ενσωματώνουν.

Τα στοιχεία PiezoMEMS επιτρέπουν την GenAI στα άκρα

Η τεχνολογία PiezoMEMS αντιμετωπίζει τις προκλήσεις της γενετικής τεχνητής νοημοσύνης (gene AI) στις συσκευές edge. Όχι μόνο λόγω αυτού που κάνει, αλλά και του τρόπου κατασκευής της.

Το PiezoMEMS είναι μια εφαρμογή της τεχνολογίας μικροηλεκτρομηχανικών συστημάτων που χρησιμοποιεί πιεζοηλεκτρικά υλικά για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε κίνηση, ουσιαστικά μια πηγή ροής αέρα ελεγχόμενης τάσης. Τα εξαρτήματα του PiezoMEMS κατασκευάζονται με μια αξιόπιστη, σταθερή και εξαιρετικά ομοιόμορφη διαδικασία ημιαγωγών, επιτρέποντας τη μαζική παραγωγή εξαιρετικά αποδοτικών, οικονομικά αποδοτικών μικροηλεκτρονικών σε μικρές συσκευασίες τσιπ πάχους 1 χιλιοστού.

Ενεργή ψύξη για θερμική διαχείριση Edge AI

Υπάρχουν πλέον υπερηχητικοί ενεργοποιητές πυριτίου piezoMEMS για την άντληση εντελώς αθόρυβων, χωρίς κραδασμούς παλμών αέρα με σκοπό την ψύξη λεπτών, περιορισμένου χώρου ηλεκτρονικών συστημάτων - ουσιαστικά ενός ανεμιστήρα σε ένα τσιπ.

Οι επιπτώσεις για την ψύξη των συσκευών AI edge είναι βαθιές. Ο πρώτος μικροψύκτης piezoMEMS είναι 96% μικρότερος και ελαφρύτερος από τους παραδοσιακούς ανεμιστήρες – και είναι η μόνη ενεργή συσκευή διαχείρισης θερμότητας αρκετά μικρή και λεπτή ώστε να χωράει μέσα σε smartphones και γυαλιά AR, διατηρώντας τις θερμοκρασίες των επιφανειών και των εξαρτημάτων 15-30% χαμηλότερες, ενώ παράλληλα επιτρέπει στους υπολογιστές να λειτουργούν με μέγιστη απόδοση για μεγάλα χρονικά διαστήματα.

Ηχεία PiezoMEMS ως διεπαφή τεχνητής νοημοσύνης για συνομιλία

Μέγεθος και Βάρος: Τα ηχεία piezoMEMS μπορούν να παράγουν ισοδύναμη ή καλύτερη ένταση (στάθμη ηχητικής πίεσης [SPL]) με τα συμβατικά ηχεία πηνίου, αλλά σε ένα κλάσμα του μεγέθους, του πάχους και του βάρους. Η εφαρμογή αυτού του νέου ηχείου σε γυαλιά με δυνατότητα τεχνητής νοημοσύνης μπορεί να φέρει τους σχεδιαστές προϊόντων πιο κοντά στην ισορροπία του ιερού δισκοπότηρου που αναφέρθηκε νωρίτερα σε αυτό το άρθρο.

Ακολουθούν δύο παραδείγματα. Πρώτον, με πάχος 1 χιλιοστού, το ηχείο piezoMEMS είναι ~70% λεπτότερο από τα συμβατικά ηχεία με πηνίο, γεγονός που επιτρέπει στους βραχίονες των γυαλιών να είναι λεπτότεροι και πιο κομψοί.

Δεύτερον, έχει προταθεί ότι το ιδανικό βάρος των γυαλιών είναι 30 γραμμάρια για να επιτευχθεί άνεση όλη την ημέρα. Στα γυαλιά AI, τα συμβατικά ηχεία με πηνίο ζυγίζουν συνήθως ~2 γραμμάρια το καθένα. Με ένα σε κάθε βραχίονα των γυαλιών (4 γραμμάρια συνολικά), τα ηχεία συνεισφέρουν ~15% του συνολικού βάρους του συστήματος. Τα ηχεία PiezoMEMS, με ~150 χιλιοστόγραμμα το καθένα, μπορούν να αφαιρέσουν >90% του βάρους που συνεισφέρουν τα ηχεία, φέρνοντας τα γυαλιά AR πιο κοντά στον στόχο των 30 γραμμαρίων.

Καθαρότητα ήχου. Εκτός από το μικρό τους μέγεθος και βάρος, τα ηχεία piezoMEMS βελτιώνουν την ηχητική εμπειρία. Όχι μόνο παράγουν επαρκή ένταση στον αέρα, αλλά υπερέχουν στην αναπαραγωγή των υψηλών συχνοτήτων που συνήθως συνδέονται με βελτιωμένη κατανοητότητα και καθαρότητα ομιλίας. Αυτό συμβαίνει επειδή τα piezoMEMS προσφέρουν ταχύτερη μηχανική απόκριση από τα παραδοσιακά σχέδια ηχείων με σχεδόν καθόλου μετατόπιση φάσης, πράγμα που σημαίνει ότι ο ήχος είναι καθαρός, λεπτομερής και ακριβής.

Βελτιωμένες λειτουργίες DSP. Τέλος, οι λειτουργίες που απαιτούν εντατική χρήση DSP, όπως οι λειτουργίες απορρήτου και ο κατευθυνόμενος ήχος, θα έχουν καλύτερη απόδοση με τα ηχεία piezoMEMS. Χάρη στην ομοιομορφία και τη συνέπεια της ημιαγωγικής διαδικασίας, αυτά τα ηχεία έχουν σχεδόν ιδανική ένταση ήχου και αντιστοίχιση φάσης από μέρος σε μέρος, παρέχοντας ένα πιο προβλέψιμο παράθυρο για τη λειτουργία του αλγορίθμου DSP. Με λιγότερη μεταβλητότητα από το ηχείο, οι αλγόριθμοι DSP μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση με λιγότερη επιβάρυνση επεξεργασίας.

Απελευθέρωση των δυνατοτήτων των συσκευών Edge AI

Τελικά, θα χρειαστεί σημαντική καινοτομία για να φέρει τη δύναμη της γενετικής τεχνητής νοημοσύνης στις συσκευές αιχμής των καταναλωτών. Οι κατασκευαστές όχι μόνο πρέπει να ξεπεράσουν τις φυσικές δυσκολίες, αλλά πρέπει επίσης να διασφαλίσουν την καλύτερη δυνατή εμπειρία χρήστη – όλα αυτά χωρίς συμβιβασμούς στον παράγοντα μορφής.

Οι νέες καινοτομίες στην τεχνολογία piezoMEMS ανοίγουν δυνατότητες για την άρση των θερμικών περιορισμών, την παροχή βελτιωμένης κατανοητότητας ομιλίας για την τεχνητή νοημοσύνη κατά τη διάρκεια συνομιλιών, ενισχύοντας παράλληλα το στυλ (λεπτότητα) και την άνεση (βάρος) στα edge AI smartphones και τα γυαλιά AR.

Το οικοσύστημα της γενετικής τεχνητής νοημοσύνης (genAI) είναι τεράστιο και αλληλένδετο. Το PiezoMEMS μπορεί να αποτελέσει βασικό παράγοντα.