Η Άγνωστη Τεχνολογία Πίσω από μια Νέα Γενιά Συσκευών Edge AI

Μaybe δεν έχετε ακούσει για το piezoMEMS — αλλά οι καινοτόμες εφαρμογές αυτής της μικρής, επαναστατικής τεχνολογίας είναι έτοιμες να ανασχηματίσουν το μέλλον της AI στο edge.

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

Όταν η AI μεταφέρεται σε συσκευές edge όπως τα smartphones και τα AR γυαλιά, οι πιο ελκυστικές και ευρείας εφαρμογές θα περιστρέφονται γύρω από experiences σε πραγματικό χρόνο, προσωποποιημένες και ευαίσθητες στο контέκστ. Αυτές οι συσκευές είναι πάντα μαζί μας, οπότε η AI μπορεί να εκμεταλλευτεί τους αισθητήρες τους – κάμερες, μικρόφωνα, GPS, αισθητήρες επιτάχυνσης – για να παρέχει ομαλές, χαμηλής καθυστέρησης λύσεις και experiences.

Σκεφτείτε την AI ως einen πανταχού παρόντα βοηθό που παρέχει πραγματικό χρόνο, контεκστο-ευαίσθητη βοήθεια. Σε smartphones, αυτό θα μπορούσε να σημαίνει άμεση μετάφραση γλώσσας κατά τη διάρκεια συνομιλιών ή ταξιδιών, όπως να δείχνετε την κάμερα σας σε ένα σημείο και να λαμβάνετε μια επικάλυψη στη μητρική σας γλώσσα. Για τα AR γυαλιά, είναι ακόμη πιο ελκυστικό – φανταστείτε να περπατάτε μέσα σε μια πόλη και να έχετε ιστορικά γεγονότα, κριτικές εστιατορίων ή οδηγίες πλοήγησης προβολής στην άποψή σας, όλα προσαρμοσμένα στα ενδιαφέροντά σας και χωρίς να χρειάζεται να βγάλετε μια συσκευή.既然 η AI στο edge επεξεργάζεται δεδομένα τοπικά, είναι μια νίκη για την εμπιστοσύνη και την ιδιωτικότητα των δεδομένων.

Ενώ η υπόσχεση για edge AI είναι προφανής και ελκυστική, παραμένουν προκλήσεις υλικού.

• Προκλήση 1 – Θερμική: Όπως και τα κέντρα δεδομένων AI, οι συσκευές edge AI είναι θερμικά περιορισμένες, όχι MIPS/υπολογιστικά περιορισμένες. Τα smartphones είναι ήδη στα θερμικά τους όρια· οι λειτουργίες edge AI απλώς επιβαρύνουν 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 της άνεσης φοριού για όλη την ημέρα (βάρους) με την απαραίτητη ηλεκτρονική και διάρκεια ζωής μπαταρίας (απόδοσης) σε μια μορφολογία που είναι πρώτα στη 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 ηχείοι είναι παχείς και βαρείς (δείτε την Προκλήση 2) και δεν επιτελούν στο μέγιστο των δυνατοτήτων τους σε στενά, περιορισμένα χώρους. Επίσης, η σχετικά κακή ομοιομορφία των μερών τους επηρεάζει αρνητικά τις λειτουργίες DSP, όπως οι λειτουργίες ιδιωτικότητας και εστίασης συζήτησης.

Ωστόσο, η τρέλα για την εκτέλεση genAI σε συσκευές edge – smartphones, AR γυαλιά και άλλες κινητές συσκευές – είναι σε εξέλιξη. Ερευνητές στο Deloitte εκτιμούν ότι το μερίδιο των smartphones που υποστηρίζουν genAI θα υπερβεί το 30% των αποστολών μέχρι το τέλος του έτους. Για να μην αναφέρουμε μια νέα κατηγορία genAI-ενισχυμένων умных γυαλιών.

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

Συστατικά PiezoMEMS Ενεργοποιούν GenAI στο Edge

Η τεχνολογία PiezoMEMS αντιμετωπίζει τις προκλήσεις της genAI στις συσκευές edge. 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-χιλιοστούχα πακέτα chip.

Ενεργός Ψύξη για Διαχείριση Θερμότητας Edge AI

Υπερηχητικοί πιεζοηλεκτρικοί ηχείοι PiezoMEMS υπάρχουν τώρα για να αντλήσουν完全 σιωπηλά, δονητικά παλμούς αέρα για το σκοπό της ψύξης λεπτών, χωρο-περιορισμένων ηλεκτρονικών συστημάτων – ουσιαστικά ένας ανεμιστήρας σε ένα chip.

Οι επιπτώσεις για την ψύξη των συσκευών edge AI είναι βαθιές. Ο πρώτος πιεζοηλεκτρικός μικρο-ανεμιστήρας είναι 96% μικρότερος και ελαφρύτερος από τους παραδοσιακούς ανεμιστήρες – και είναι η μόνη ενεργητική συσκευή διαχείρισης θερμότητας που είναι αρκετά μικρή και λεπτή για να χωρέσει μέσα σε smartphones και AR γυαλιά, διατηρώντας τις επιφανειακές και θερμοκρασίες συστατικών 15-30% ψυχρότερες ενώ επιτρέπει την υπολογιστική απόδοση να τρέχει στο μέγιστο των δυνατοτήτων για παρατεταμένα χρονικά διαστήματα.

Πιεζοηλεκτρικοί Ηχείοι ως Διεπαφή Συνομιλίας AI

Μέγεθος και Βάρος: οι πιεζοηλεκτρικοί ηχείοι PiezoMEMS μπορούν να παράγουν ισοδύναμη ή καλύτερη ηχητική πίεση (ηχητικό επίπεδο) όπως οι συμβατικοί ηχείοι coil αλλά σε μια κλάσμα του μεγέθους, πάχους και βάρους. Η εφαρμογή αυτού του νέου ηχείου σε AI-ενισχυμένα γυαλιά μπορεί να φέρει τους σχεδιαστές προϊόντων πιο κοντά στην ισορροπία του άγιου δισκοπότηρου που αναφέρθηκε νωρίτερα σε αυτό το άρθρο.

Εδώ είναι δύο παραδείγματα. Πρώτον, σε 1 χιλιοστό πάχος, ο πιεζοηλεκτρικός ηχέας είναι ~70% λεπτότερος από τους συμβατικούς ηχείς coil, ο οποίος επιτρέπει τα βραχίονες των γυαλιών να είναι λεπτότερα και πιο στυλάτα.

Δεύτερον, έχει προταθεί ότι το ιδανικό βάρος για γυαλιά είναι 30 γραμμάρια για να επιτευχθεί άνεση φοριού για όλη την ημέρα. Σε AI γυαλιά, οι συμβατικοί ηχείοι coil συνήθως ζυγίζουν ~2 γραμμάρια каждый. Με ένα σε κάθε βραχίονα (4 γραμμάρια συνολικά), οι ηχείοι συνεισφέρουν ~15% του συνολικού βάρους του συστήματος. Οι πιεζοηλεκτρικοί ηχείοι PiezoMEMS, σε ~150 χιλιοστά κάθε ένας, μπορούν να αφαιρέσουν >90% του βάρους που συνεισφέρεται από τους ηχείς, φέρνοντας τα AR γυαλιά πιο κοντά στο στόχο των 30 γραμμαρίων.

Ηχητική Σαφήνεια. Εκτός από το μικρό του μέγεθος και βάρος, οι πιεζοηλεκτρικοί ηχείοι PiezoMEMS βελτιώνουν την ηχητική εμπειρία. Δεν παράγουν μόνο επαρκή όγκο στον ανοιχτό αέρα, αλλά excelling στο να αναπαράγουν τις υψηλές συχνότητες που συνήθως συνδέονται με τη βελτιωμένη ευκρίνεια ομιλίας και σαφήνεια. Αυτό οφείλεται στο ότι η πιεζοηλεκτρική τεχνολογία PiezoMEMS παρέχει μια ταχύτερη μηχανική απόκριση από τους παραδοσιακούς σχεδιασμούς ηχείων με σχεδόν keine φασική μετατόπιση, που σημαίνει ότι η ήχος είναι σαφής, λεπτομερής και ακριβής.

Βελτιωμένες Λειτουργίες DSP. Τέλος, οι λειτουργίες DSP-εντατικές όπως οι λειτουργίες ιδιωτικότητας και η εστίαση της συνομιλίας θα λειτουργούν καλύτερα με τους πιεζοηλεκτρικούς ηχείς PiezoMEMS. Χάρη στην ομοιομορφία και τη συν nhấtότητα της ημιαγωγικής διαδικασίας, αυτοί οι ηχείοι έχουν σχεδόν ιδανική ομοιομορφία και φασική αντιστοιχία, παρέχοντας ένα πιο προβλέψιμο παράθυρο για τη λειτουργία του αλγορίθμου DSP. Με λιγότερη μεταβλητότητα από τον ηχέα, οι αλγόριθμοι DSP μπορούν να βελτιώσουν την απόδοση με λιγότερη επεξεργασία.

Απελευθερώνοντας το Δυναμικό των Συσκευών Edge AI

Τελικά, θα χρειαστεί σημαντική καινοτομία για να φέρει τη δύναμη της γενετικής AI στις καταναλωτικές συσκευές edge. Όχι μόνο οι κατασκευαστές πρέπει να υπερβούν την φυσική, αλλά πρέπει επίσης να διασφαλίσουν την καλύτερη δυνατή εμπειρία χρήστη – όλα χωρίς να επηρεάσουν την μορφολογία.

Νέες καινοτομίες στην τεχνολογία PiezoMEMS ανοίγουν δυνατότητες για την αφαίρεση των θερμικών περιορισμών, την παράδοση βελτιωμένης ηχητικής ευκρίνειας για τη συνομιλία AI ενώ βελτιώνουν το στυλ (λεπτότητα) και την άνεση (βάρος) στις συσκευές edge AI smartphones και AR γυαλιά.

Το οικοσύστημα genAI είναι τεράστιο και διασυνδεμένο. Η τεχνολογία PiezoMEMS μπορεί να είναι ένας βασικός ενεργοποιητής.