Η Άγνωστη Τεχνολογία Πίσω από μια Νέα Γενιά Συσκευών Edge AI

Μπορεί να μην έχετε ακούσει για τα piezoMEMS — αλλά οι καινοτόμες εφαρμογές αυτής της μικρής, επαναστατικής τεχνολογίας είναι έτοιμες να μεταμορφώσουν το μέλλον της τεχνητής νοημοσύνης στην άκρη.

Το 2023, ερευνητές εκτίμησαν ότι η χρήση γενετικής τεχνητής νοημοσύνης (genAI) για τη δημιουργία μιας εικόνας κατανάλωνε τόσο ενέργεια όσο και η φόρτιση eines smartphone. Τώρα, φανταστείτε τη δημιουργία εικόνων AI με το smartphone σας.

Καθώς η τεχνητή νοημοσύνη μεταφέρεται σε συσκευές άκρης όπως τα smartphone και τα AR γυαλιά, οι πιο ελκυστικές και διαδεδομένες εφαρμογές θα περιστρέφονται γύρω από experiences σε πραγματικό χρόνο, προσωποποιημένες και ευαίσθητες στο контέκστ. Αυτές οι συσκευές είναι πάντα μαζί μας, οπότε η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να αξιοποιήσει τους αισθητήρες τους – κάμερες, μικρόφωνα, GPS, επιταχύνσεις – για να παρέχει ατελείωτες, χαμηλής καθυστέρησης λύσεις και experiences.

Σκεφτείτε την τεχνητή νοημοσύνη ως einen πανταχού παρόντα βοηθό που παρέχει βοήθεια σε πραγματικό χρόνο. Σε smartphones, αυτό θα μπορούσε να σημαίνει άμεση μετάφραση γλώσσας κατά τη διάρκεια συνομιλιών ή ταξιδιών, όπως να δείχνετε την κάμερα σας σε ένα σημάδι και να λαμβάνετε μια επικάλυψη στη μητρική σας γλώσσα. Για τα AR γυαλιά, είναι ακόμη πιο ελκυστικό – φανταστείτε ότι περπατάτε σε μια πόλη και έχετε ιστορικά γεγονότα, κριτικές εστιατορίων ή οδηγίες πλοήγησης που προβάλλονται στη θέα σας, όλα προσαρμοσμένα στα ενδιαφέροντά σας και χωρίς να χρειάζεται να βγάλτε μια συσκευή. Καθώς η τεχνητή νοημοσύνη άκρης επεξεργάζεται δεδομένα τοπικά, είναι μια νίκη για την εμπιστοσύνη και την προστασία δεδομένων.

Ενώ η υπόσχεση για τεχνητή νοημοσύνη άκρης είναι προφανής και ελκυστική, παραμένουν προκλήσεις υλικού.

• Προκλήση 1 – Θερμική: Όπως και οι κέντρα δεδομένων AI, οι συσκευές AI άκρης είναι θερμικά περιορισμένες, όχι MIPS/υπολογιστικά περιορισμένες. Τα smartphones είναι ήδη στα θερμικά τους όρια· οι λειτουργίες AI άκρης απλώς επιδεινώνουν το πρόβλημα. Το ίδιο ισχύει και για τα AR γυαλιά, καθώς περισσότεροι υπολογισμοί, οπτικά και μικροοθόνες ενσωματώνονται.
• Προκλήση 2 – Μέγεθος/Βάρος/Μορφολογία: Αυτή είναι μια τεράστια πρόκληση για τα AR γυαλιά, καθώς οι κατασκευαστές αναζητούν το άγιον δισκοπότηρο της ισορροπίας μεταξύ άνεσης φοριού (βάρους) με την απαραίτητη ηλεκτρονική και διάρκεια ζωής μπαταρίας (απόδοσης) σε μια μορφολογία που είναι πρώτα και κύρια μόδα.
• Προκλήση 3 – Ηχητική Ποιότητα Συνομιλίας AI: Η φωνή θα είναι μια κυρίαρχη διεπαφή, ιδιαίτερα με τα AR γυαλιά, επιτρέποντας γρήγορη, χειροκίνητη λειτουργία. Ωστόσο, οι συμβατικοί ηχείο σπείρας είναι παχείς και βαρείς (δείτε την Προκλήση 2) και δεν λειτουργούν στο μέγιστο δυνατό τους σε στενά, περιορισμένα χώρους. Επιπλέον, η σχετικά κακή ομοιομορφία τους από μέρος σε μέρος επηρεάζει αρνητικά τις προστιθέμενες λειτουργίες DSP, όπως οι λειτουργίες ιδιωτικότητας και εστίασης συζήτησης.

Παρά τη διωγμό για την εκτέλεση genAI σε συσκευές άκρης – smartphones, AR γυαλιά και άλλες κινητές συσκευές – είναι σε εξέλιξη. Ερευνητές στο Deloitte εκτιμούν ότι το μερίδιο των smartphones με genAI θα υπερβεί το 30% των αποστολών μέχρι το τέλος του χρόνου. Για να μην αναφέρουμε μια νέα κατηγορία genAI-ενισχυμένων γυαλιών.

Στις συσκευές άκρης, μέρος της λύσης έρχεται από την ανασχεδίαση της ηλεκτρονικής που τις συνθέτει.

Συστατικά PiezoMEMS Ενεργοποιούν GenAI στην Άκρη

Η τεχνολογία piezoMEMS αντιμετωπίζει τις προκλήσεις της genAI στις συσκευές άκρης. Όχι μόνο λόγω того που κάνει, αλλά και του πώς κατασκευάζεται.

Η τεχνολογία piezoMEMS είναι μια εφαρμογή της τεχνολογίας μικρο-ηλεκτρομηχανικών συστημάτων που χρησιμοποιεί πιεζοηλεκτρικά υλικά για τη μετατροπή ηλεκτρικής ενέργειας σε κίνηση, ουσιαστικά μια πηγή αέρα ελεγχόμενη από τάση. Τα συστατικά piezoMEMS κατασκευάζονται σε một αξιόπιστο, σταθερό και εξαιρετικά ομοιόμορφο ημιαγωγικό διαδικασία, επιτρέποντας τη μαζική παραγωγή εξαιρετικά αποτελεσματικών, οικονομικών μικροηλεκτρονικών σε μικρά, 1-χιλιοστού παχύ πακέτα chip.

Ενεργός Ψύξη για Διαχείριση Θερμότητας AI Άκρης

Υπερηχητικά συστατικά piezoMEMS silicon maintenant υπάρχουν για να αντλούν完全 σιωπηλά, δονητικά κύματα αέρα για τον σκοπό της ψύξης λεπτών, χώρων-περιορισμένων ηλεκτρονικών συστημάτων – βασικά ένας ανεμιστήρας σε ένα chip.

Οι επιπτώσεις για την ψύξη των συσκευών AI άκρης είναι βαθιές. Ο πρώτος ανεμιστήρας ψύξης micro-piezoMEMS είναι 96% μικρότερος και ελαφρύτερος από τους παραδοσιακούς ανεμιστήρες – και είναι η μόνη ενεργός συσκευή διαχείρισης θερμότητας που είναι αρκετά μικρή και λεπτή για να χωρέσει μέσα στα smartphones και τα AR γυαλιά, διατηρώντας τις επιφανειακές και τις θερμοκρασίες των συστατικών 15-30% ψυχρότερες ενώ επιτρέπει την εκτέλεση υπολογισμών σε μέγιστη απόδοση για παρατεταμένες περιόδους.

Ηχείο PiezoMEMS ως Διεπαφή Συνομιλίας AI

Μέγεθος και Βάρος: τα ηχεία piezoMEMS μπορούν να παράγουν ισοδύναμη ή καλύτερη ηχητική πίεση (επίπεδο ηχητικής πίεσης [SPL]) όπως τα συμβατικά ηχεία σπείρας αλλά σε μια κλάσμα του μεγέθους, του πάχους και του βάρους. Η εφαρμογή αυτού του νέου ηχείου σε γυαλιά AI μπορεί να φέρει τους σχεδιαστές προϊόντων πιο κοντά στην ισορροπία που αναφέρθηκε νωρίτερα σε αυτό το άρθρο.

Εδώ υπάρχουν δύο παραδείγματα. Πρώτον, σε 1 χιλιοστό πάχος, το ηχείο piezoMEMS είναι ~70% λεπτότερο από τα συμβατικά ηχεία σπείρας, το οποίο επιτρέπει στα βραχίονες των γυαλιών να είναι λεπτότερα και πιο στυλά.

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

Καθαρότητα Ήχου. Εκτός από το μικρό του μέγεθος και βάρος, τα ηχεία piezoMEMS βελτιώνουν την ηχητική εμπειρία. Δεν παράγουν μόνο επαρκές όγκο στον ανοιχτό αέρα, αλλά επίσης ξεχωρίζουν στην αναπαραγωγή των υψηλών συχνοτήτων που συνήθως συνδέονται με τη βελτιωμένη ευκρίνεια και καθαρότητα ομιλίας. Αυτό οφείλεται στο ότι τα piezoMEMS παρέχουν μια ταχύτερη μηχανική απόκριση από τα παραδοσιακά σχέδια ηχείων με σχεδόν keine φασική μετατόπιση, που σημαίνει ότι ο ήχος είναι καθαρός, λεπτομερής και ακριβής.

Βελτιωμένες λειτουργίες DSP. Τέλος, οι λειτουργίες DSP-εντατικές όπως οι λειτουργίες ιδιωτικότητας και η κατευθυνόμενη ήχος θα λειτουργούν καλύτερα με τα ηχεία piezoMEMS. Χάρη στην ομοιομορφία και τη συν nhấtότητα της ημιαγωγικής διαδικασίας, αυτά τα ηχεία έχουν σχεδόν ιδανική ομοιομορφία και φασική αντιστοιχία, παρέχοντας ένα πιο προβλέψιμο παράθυρο για τη λειτουργία του αλγορίθμου DSP. Με λιγότερη μεταβλητότητα από το ηχείο, οι αλγόριθμοι DSP μπορούν να ενισχύσουν την απόδοση με λιγότερη επεξεργασία.

Ανα解κτική του Δυναμικού των Συσκευών AI Άκρης

Στο τέλος, θα χρειαστεί σημαντική καινοτομία για να φέρει τη δύναμη της γενετικής τεχνητής νοημοσύνης στις καταναλωτικές συσκευές άκρης. Όχι μόνο οι κατασκευαστές πρέπει να υπερβούν την φυσική, αλλά πρέπει επίσης να διασφαλίσουν την καλύτερη δυνατή εμπειρία χρήστη – όλα χωρίς να συμβιβαστούν με τη μορφολογία.

Νέες καινοτομίες στην τεχνολογία piezoMEMS ανοίγουν δυνατότητες για την αφαίρεση των θερμικών περιορισμών, την παροχή βελτιωμένης ευκρίνειας ομιλίας για τη συνομιλία AI ενώ βελτιώνουν το στυλ (λεπτό) και την άνεση (βάρος) στις συσκευές AI άκρης και τα AR γυαλιά.

Το οικοσύστημα genAI είναι τεράστιο και διασυνδεμένο. Τα piezoMEMS μπορούν να είναι ένας βασικός ενεργοποιητής.