Tuntematon tekniikka uuden sukupolven Edge AI -laitteissa

Ehkä et ole kuullut piezoMEMS:stä, mutta tämän pienen, pelimuuttavan teknologian uudet sovellukset ovat valmiina muuttamaan Edge AI:n tulevaisuutta.

Vuonna 2023 tutkijat arvioivat, että generatiivisen tekoälyn (genAI) käyttäminen kuvan luomiseen kulutti yhtä paljon energiaa kuin älypuhelimen lataaminen. Kuvittele nyt luomassa AI-kuvia älypuhelimesi avulla.

Kun tekoäly siirtyy laitteiluokkaan, kuten älypuhelimille ja AR-laseille, kaikkein houkuttelevimmat ja laajimmat sovellukset kietoutuvat todennäköisesti reaaliaikaisiin, henkilökohtaisiin ja kontekstiin perustuviin kokemuksiin. Nämä laitteet ovat aina mukana, joten tekoäly voi hyödyntää niiden antureita – kamerat, mikrofonit, GPS, kiihtyvyysanturit – tarjotakseen vaivattomia, matalan viiveen ratkaisuja ja kokemuksia.

Ajattele tekoälyä läsnäolevana apulaisena, joka tarjoaa reaaliaikaisia kontekstuaalisia avustuksia. Älypuhelimilla tämä voi tarkoittaa esimerkiksi instant-tulkkia keskusteluissa tai matkoilla, kuten osoittamalla kameralla merkintää ja saamalla sen käännöksen äidinkielelläsi. AR-laseissa se on vielä tiukemmin kytköksissä – kuvittele käveleväsi kaupungin läpi ja saavasi historiallisia tietoja, ravintola-arvosteluita tai navigaatio-ohjeita projisoituna näkökulmaasi, kaikki mukautettuna kiinnostuksiisi ilman laitteen poistamista. Koska Edge AI prosessoi tiedot paikallisesti, se on voitto luottamukselle ja tietosuojalle.

Edge AI:n lupaava tulevaisuus on ilmeinen ja houkutteleva, mutta laitteelliset haasteet ovat edelleen olemassa.

• Haaste 1 – Lämpö: Edge AI -laitteet ovat termisesti rajoitettuja, eivätkä niissä ole MIPS / laskentarajoitteita. Älypuhelimet ovat jo termisillä rajoillaan; Edge AI -ominaisuudet vain lisäävät ongelmaa. Sama koskee AR-laseja, joissa on enemmän laskentaa, optiikkaa ja mikronäyttöjä.
• Haaste 2 – Koko/Paino/Muoto: Tämä on valtava haaste AR-laseille, kun valmistajat etsivät tasapainoa kaiken päivän mukavuuden (paino) ja tarvittavien sähköisten ja akun kestoa (suorituskyky) välillä, kaikki tyyliin ja muotoon.
• Haaste 3 – Konversaatio AI:n äänenlaatu: Ääni on tuleva hallitseva käyttöliittymä, erityisesti AR-laseissa, jolloin nopea, käsivapaa toiminta on mahdollista. Kuitenkin perinteiset käämitys-kuulokkeet ovat paksut ja kömpelöt (ks. Haaste 2) eivätkä suorita parhaalla tavallaan ahtaisissa, rajoitettuissa tiloissa. Lisäksi niiden suhteellisen heikko osa-osan yhdenmukaisuus vaikuttaa negatiivisesti arvolisille DSP-ominaisuuksille, kuten yksityisyys- ja keskustelun keskittyminen.

Silti villi kilpajuoksu genAI:n suorittamiseksi Edge-laitteissa – älypuhelimissa, AR-laseissa ja muissa mobiililaitteissa – on käynnissä. Deloitten tutkijat arvioivat, että genAI-käyttöisten älypuhelinten osuus voi ylittää 30 prosenttia toimituksista vuoden loppuun mennessä. Puhumattakaan uudesta genAI-pohjaisista älylasien luokasta.

Reaalilaitteissa osa ratkaisusta tulee sähköisten komponenttien uudelleenmuokkauksesta.

PiezoMEMS-komponentit mahdollistavat genAI:n reunassa

PiezoMEMS-teknologia vastaa genAI:n haasteisiin reunalla olevissa laitteissa. Tämä johtuu siitä, mitä se tekee, mutta myös siitä, miten se valmistetaan.

PiezoMEMS on sovellus mikroelektromekaanisesta systeemitekniikasta, joka käyttää piezoelektrisiä materiaaleja sähköisen energian muuttamiseen liikkeeksi, periaatteessa jänniteohjattu ilmanvirtauslähde. PiezoMEMS-komponentit valmistetaan luotettavassa, stabiilissa ja erittäin yhdenmukaisessa puolijohdeteollisuuden prosessissa, jolloin voidaan valmistaa suuria määriä erittäin tehokkaita ja kustannustehokkaita mikroelektroniikkaa 1 millimetrin paksuisissa, ohuissa chip-paketeissa.

Aktiivinen jäähdytys reunan AI:n termisen hallinnan

Ultrasonic piezoMEMS-piiriaktivaattorit ovat nyt olemassa, jotta ne voivat pumpata täysin hiljaisia, tärinättömiä ilmapulsseja ohuen, ahdaspaikkaisten elektroniikkajärjestelmien jäähdyttämiseksi – periaatteessa tuuletin piirillä.

Vaikutukset reunan AI-laitteiden jäähdyttämiseen ovat syvät. Ensimmäinen piezoMEMS-mikro-jäähdytin on 96 prosenttia pienempi ja kevyempi kuin perinteiset tuulettimet – ja se on ainoa aktiivinen termisen hallinnan laite, joka on tarpeeksi pieni ja ohut mahtuakseen älypuhelimien ja AR-laseiden sisään, pitäen pinnan ja komponenttien lämpötilat 15-30 prosenttia viileämpinä ja mahdollistaen laskennan suorittamisen huipputeholla pidemmän ajan.

PiezoMEMS-kaiuttimet konversaatio AI:n käyttöliittymänä

Koko ja paino: piezoMEMS-kaiuttimet voivat tuottaa vastaavan tai paremman äänenvoimakkuuden (äänipaineen taso) kuin perinteiset käämityskuulokkeet, mutta vain murto-osan koosta, paksuudesta ja painosta. Tämän uuden kaiuttimen soveltaminen AI-käyttöisiin laseihin saa tuote-suunnittelijat lähemmäs mainittua tasapainoa.

Tässä on kaksi esimerkkiä. Ensinnäkin, 1 millimetrin paksuisena piezoMEMS-kaiutin on noin 70 prosenttia ohuempi kuin perinteiset käämityskuulokkeet, mikä mahdollistaa lasejen sormien olemassaolon ohuemmalla ja tyylikkäämmällä tavalla.

Toiseksi on ehdotettu, että laseille sopiva paino on 30 grammaa saavuttaaksesi koko päivän mukavuuden. AI-laseissa perinteiset käämityskuulokkeet painavat tyypillisesti noin 2 grammaa kumpikin. Yksi kussakin laseissa (4 grammaa yhteensä), kaiuttimet muodostavat noin 15 prosenttia koko järjestelmän painosta. PiezoMEMS-kaiuttimet, noin 150 milligrammaa kumpikin, voivat poistaa yli 90 prosenttia kaiuttimien aiheuttamasta painosta, tuoden AR-laseja lähemmäs 30-grammaisen tavoitteen.

Äänen selkeys. PiezoMEMS-kaiuttimien ohuen koosta ja painosta huolimatta ne parantavat äänielämystä. Ne eivät ainoastaan tuota riittävää äänenvoimakkuutta avoimessa ilmassa, vaan ne myös erinomaisesti toistavat korkeita taajuuksia, jotka yleensä liitetään parantuneeseen puheen ymmärrettävyyteen ja selkeyteen. Tämä johtuu siitä, että piezoMEMS toimii nopeammin kuin perinteiset kaiuttimien suunnitelmat, ja siinä on lähes ei-vaihe-vaikutusta, mikä tarkoittaa, että ääni on selkeä, yksityiskohtainen ja tarkka.

Parannetut DSP-ominaisuudet. Lopuksi DSP-intensiiviset ominaisuudet, kuten yksityisyys-tilat ja suunnattu ääni, toimivat paremmin piezoMEMS-kaiuttimien kanssa. Kiitos puolijohdeteollisuuden prosessin yhdenmukaisuudesta ja johdonmukaisuudesta, nämä kaiuttimet ovat lähes ihanteellisia osa-osaan kuuluvuudessa ja vaiheen sopimisessa, tarjoten enemmän ennustettavissa olevan ikkunan DSP-algoritmille toimia vähemmän prosessointikustannuksilla.

Avain reunan AI-laitteiden potentiaaliin

Lopulta se vaatii merkittävää innovaatiota tuoda genAI:n voima kuluttaja-reunan laitteisiin. Valmistajien on voitettava fysiikan lisäksi varmistettava mahdollisin parhaan käyttökokemuksen – kaiken ilman kompromisseja muodossa.

Uudet innovaatiot piezoMEMS-teknologiassa avaavat mahdollisuuksia poistaa termiset rajoitukset, parantaa puhujan ymmärrettävyyttä konversaatio AI:ssa ja parantaa tyyliä (ohutta) ja mukavuutta (painoa) reunan AI-älypuhelimissa ja AR-laseissa.

GenAI-ekosysteemi on laaja ja verkostoitunut. PiezoMEMS voi olla avainasemassa.