Tuntematon teknologia uuden sukupolven reuna-aitolaitteiden takana

Et ehkä ole kuullut piezoMEMS-teknologiasta, mutta tämän pienen, uraauurtavan teknologian uudet sovellukset ovat valmiita muokkaamaan tekoälyn tulevaisuutta reunalla.

Vuonna 2023, tutkijat arvioivat että generatiivisen tekoälyn (genAI) käyttäminen kuvan luomiseen kuluttaa yhtä paljon energiaa kuin älypuhelimen lataaminen. Kuvittele nyt tekoälykuvien luominen älypuhelimellasi.

Tekoälyn siirtyessä reunalaitteisiin, kuten älypuhelimiin ja AR-laseihin, houkuttelevimmat ja laajimmalle levinneet sovellukset tulevat todennäköisesti pyörimään reaaliaikaisten, personoitujen ja kontekstitietoisten kokemusten ympärillä. Nämä laitteet ovat aina mukanamme, joten tekoäly voi hyödyntää niiden antureita – kameroita, mikrofoneja, GPS:ää ja kiihtyvyysantureita – saumattomien ja pieniviiveisten ratkaisujen ja kokemusten tarjoamiseksi.

Ajattele tekoälyä kaikkialla läsnä olevana apurina, joka tarjoaa reaaliaikaista kontekstuaalista apua. Älypuhelimissa tämä voi tarkoittaa välitöntä käännöstä keskustelujen tai matkustamisen aikana, kuten kameran osoittamista kylttiin ja kyltin näyttämistä omalla äidinkielelläsi. AR-laseilla se on vieläkin vaikeampaa – kuvittele käveleväsi kaupungissa ja näkeväsi historiallisia tietoja, ravintola-arvosteluja tai navigointiohjeita heijastettuna näyttöösi, kaikki räätälöitynä kiinnostuksen kohteidesi mukaan ilman, että sinun tarvitsee kaivaa esiin laitetta. Koska reunalaskennan tekoäly käsittelee tietoja paikallisesti, se on voitto luottamukselle ja tietosuojalle.

Vaikka lupaus siitä, että reuna-AI on ilmeinen ja vakuuttava, laitteistohaasteet pysyvät.

• Haaste 1 – LämpöAivan kuten tekoälydatakeskukset, myös reunalaskennan tekoälylaitteet ovat lämpötilarajoitettuja, eivät MIPS-/laskentarajoitettuja. Älypuhelimet ovat jo lämpötilarajoillaan; reunalaskennan tekoälyominaisuudet vain pahentavat ongelmaa. Sama pätee AR-laseihin, sillä niihin integroidaan enemmän laskentatehoa, optiikkaa ja mikronäyttöjä.
• Haaste 2 – Koko/Paino/MuotokerroinTämä on valtava haaste AR-laseille, sillä valmistajat pyrkivät tasapainottamaan koko päivän käyttömukavuuden (paino) tarvittavan elektroniikan ja akunkeston (suorituskyvyn) välillä – kaikki tämä tyylikkäässä ja muodikkaassa koossa.
• Haaste 3 – Keskusteluäänen tekoälyn laatu: Äänestä tulee hallitseva käyttöliittymä, erityisesti AR-laseilla, mikä mahdollistaa nopean ja handsfree-käytön. Perinteiset kelakaiuttimet ovat kuitenkin paksuja ja kömpelöitä (katso haaste 2), eivätkä ne toimi parhaalla mahdollisella tavalla ahtaissa ja rajoitetuissa tiloissa. Lisäksi niiden suhteellisen heikko osien välinen tasaisuus vaikuttaa negatiivisesti lisäarvoa tuoviin DSP-ominaisuuksiin, kuten yksityisyys- ja keskusteluun keskittymistiloihin.

Silti hullu pyrähdys suorittaa genaita reunalla olevilla laitteilla – älypuhelimilla, AR-laseilla ja muilla mobiililaitteilla – on käynnissä. Deloitten tutkijat arvioi, että tekoälyä hyödyntävien älypuhelinten osuus toimituksista voisi ylittää 30 prosenttia tämän vuoden loppuun mennessä. Puhumattakaan uusi tekoälypohjaisten älylasien luokka.

Reunalaitteissa osa ratkaisusta tulee niihin käytettävän elektroniikan uudelleenkuvittelemisesta.

PiezoMEMS-komponentit mahdollistavat GenAI:n reunalla

PiezoMEMS-teknologia vastaa genAI:n haasteisiin reunakoneissa. Ei pelkästään sen toiminnan, vaan myös sen valmistustavan ansiosta.

PiezoMEMS on mikroelektromekaanisten järjestelmien teknologian sovellus, joka käyttää pietsosähköisiä materiaaleja sähköenergian muuntamiseen liikkeeksi, pohjimmiltaan jänniteohjattuna ilmavirran lähteenä. PiezoMEMS-komponentit valmistetaan luotettavalla, vakaalla ja erittäin tasaisella puolijohdeprosessilla, mikä mahdollistaa erittäin tehokkaan ja kustannustehokkaan mikroelektroniikan massatuotannon pienissä, 1 millimetrin ohuissa sirupakkauksissa.

Aktiivinen jäähdytys reunojen tekoälyn lämmönhallintaan

Ultraäänipohjaisia ​​piezoMEMS-piitoimilaitteita on nyt saatavilla pumppaamaan täysin äänettömiä ja tärinättömiä ilmapulsseja ohuiden, ahtaissa tiloissa olevien elektroniikkajärjestelmien jäähdyttämiseksi – pohjimmiltaan sirulla olevan tuulettimen avulla.

Reunalla toimivien tekoälylaitteiden jäähdyttämisellä on syvällisiä seurauksia. Ensimmäinen piezoMEMS-mikrojäähdytystuuletin on 96 prosenttia pienempi ja kevyempi kuin perinteiset tuulettimet – ja ainoa aktiivinen lämmönhallintalaite, joka on tarpeeksi pieni ja ohut mahtuakseen älypuhelimiin ja AR-laseihin. Se pitää pinnan ja komponenttien lämpötilat 15–30 % viileämpinä ja mahdollistaa samalla laskennan huipputeholla pitkiä aikoja.

PiezoMEMS-kaiuttimet keskustelukäyttäytymisen tekoälykäyttöliittymänä

Koko ja paino: piezoMEMS-kaiuttimet voivat tuottaa vastaavan tai paremman äänenvoimakkuuden (äänenpainetason [SPL]) kuin perinteiset kelakaiuttimet, mutta murto-osalla koosta, paksuudesta ja painosta. Tämän uuden kaiuttimen soveltaminen tekoälyä hyödyntäviin laseihin voi viedä tuotesuunnittelijat lähemmäksi aiemmin tässä artikkelissa mainittua Graalin maljaa.

Tässä on kaksi esimerkkiä. Ensinnäkin, 1 millimetrin paksuinen piezoMEMS-kaiutin on noin 70 % ohuempi kuin perinteiset kelakaiuttimet, minkä ansiosta lasien sangat ovat ohuemmat ja tyylikkäämmät.

Toiseksi on ehdotettu, että silmälasien ihanteellinen paino on 30 grammaa saavuttaakseen koko päivän käyttömukavuuden. Tekoälylaseissa perinteiset kelakaiuttimet painavat tyypillisesti noin 2 grammaa kappale. Kun kummassakin lasien sangassa on yksi kaiutin (yhteensä 4 grammaa), niiden osuus järjestelmän kokonaispainosta on noin 15 %. PiezoMEMS-kaiuttimet, joiden paino on noin 150 milligrammaa kappaleelta, voivat poistaa yli 90 % kaiuttimien painosta, mikä tuo AR-lasit lähemmäksi 30 gramman tavoitetta.

Äänen selkeys. Pienen kokonsa ja painonsa lisäksi piezoMEMS-kaiuttimet parantavat äänikokemusta. Ne eivät ainoastaan ​​tuota riittävää äänenvoimakkuutta ulkoilmassa, vaan ne myös toistavat erinomaisesti korkeat taajuudet, jotka tyypillisesti liittyvät parempaan puheen ymmärrettävyyteen ja selkeyteen. Tämä johtuu siitä, että piezoMEMS tarjoaa nopeamman mekaanisen vasteen kuin perinteiset kaiutinmallit lähes ilman vaihesiirtoa, mikä tarkoittaa, että ääni on selkeää, yksityiskohtaista ja tarkkaa.

Parannetut DSP-ominaisuudet. Lopuksi, DSP-intensiiviset ominaisuudet, kuten yksityisyystilat ja suunnattu ääni, toimivat paremmin piezoMEMS-kaiuttimien kanssa. Puolijohdeprosessin tasaisuuden ja johdonmukaisuuden ansiosta näillä kaiuttimilla on lähes ihanteellinen osien välinen äänenvoimakkuus ja vaihesovitus, mikä tarjoaa DSP-algoritmin toiminnalle ennustettavamman aikavälin. Kaiuttimen aiheuttaman pienemmän vaihtelun ansiosta DSP-algoritmit voivat parantaa suorituskykyä pienemmällä prosessointikuormalla.

Edge AI -laitteiden potentiaalin vapauttaminen

Lopulta generatiivisen tekoälyn tehon tuominen kuluttajien reunalaitteisiin vaatii merkittävää innovaatiota. Valmistajien on paitsi voitettava fysiikka, myös varmistettava paras mahdollinen käyttökokemus – kaikki tämä tinkimättä ulkonäöstä.

Uudet piezoMEMS-teknologian innovaatiot avaavat mahdollisuuksia poistaa lämpötilarajoitteita, parantaa puheen ymmärrettävyyttä keskustelukäyttäytymisen tekoälyssä ja samalla parantaa reunaälypuhelinten ja AR-lasien tyyliä (ohuus) ja mukavuutta (paino).

GenAI-ekosysteemi on laaja ja toisiinsa kytköksissä. PiezoMEMS voi olla keskeinen mahdollistaja.