La technologie inconnue derrière une nouvelle génération d'appareils d'IA Edge

Vous n’avez peut-être pas entendu parler des piezoMEMS, mais de nouvelles applications de cette minuscule technologie révolutionnaire sont sur le point de remodeler l’avenir de l’IA à la périphérie.

En 2023, chercheurs ont estimé L'utilisation de l'intelligence artificielle générative (genAI) pour créer une image consomme autant d'énergie que la charge d'un smartphone. Imaginez maintenant générer des images IA avec votre smartphone.

À mesure que l'IA se déplace vers des appareils périphériques comme les smartphones et les lunettes de réalité augmentée, les applications les plus convaincantes et les plus répandues seront probablement axées sur des expériences en temps réel, personnalisées et contextuelles. Ces appareils étant omniprésents, l'IA peut exploiter leurs capteurs (caméras, microphones, GPS, accéléromètres) pour offrir des solutions et des expériences fluides et à faible latence.

Considérez l'IA comme un assistant omniprésent offrant une assistance contextuelle en temps réel. Sur smartphone, cela peut se traduire par une traduction instantanée lors de conversations ou de déplacements, comme pointer votre appareil photo vers un panneau et obtenir une superposition dans votre langue maternelle. Avec des lunettes de réalité augmentée, c'est encore plus percutant : imaginez que vous vous promenez dans une ville et que des faits historiques, des critiques de restaurants ou des indications de navigation s'affichent à votre vue, le tout adapté à vos centres d'intérêt, sans avoir à sortir votre appareil. L'IA en périphérie traitant les données localement, c'est un atout pour la confiance et la confidentialité des données.

Alors que la promesse de bord AI C'est évident et convaincant, mais des défis matériels subsistent.

• Défi 1 – ThermiqueTout comme les centres de données d'IA, les appareils d'IA de périphérie sont limités par la température, et non par le nombre de MIPS/calcul. Les smartphones ont déjà atteint leurs limites thermiques ; les fonctionnalités d'IA de périphérie ne font qu'aggraver le problème. Il en va de même pour les lunettes de réalité augmentée, car davantage de calculs, d'optiques et de micro-écrans sont intégrés.
• Défi 2 – Taille/Poids/Format:Il s'agit d'un énorme défi pour les lunettes AR, car les fabricants recherchent le Saint Graal consistant à équilibrer le confort de port tout au long de la journée (poids) avec l'électronique nécessaire et la durée de vie de la batterie (performance), le tout dans un format élégant et tendance.
• Défi 3 – Qualité audio de l'IA conversationnelle: La voix sera une interface dominante, notamment avec des lunettes de réalité augmentée, permettant une utilisation rapide et mains libres. Cependant, les haut-parleurs à bobine conventionnels sont épais et encombrants (voir Défi 2) et ne fonctionnent pas à leur plein potentiel dans les espaces restreints. De plus, leur cohérence relativement faible d'une pièce à l'autre a un impact négatif sur les fonctionnalités DSP à valeur ajoutée, telles que les modes de confidentialité et de concentration sur la conversation.

Pourtant, la course folle pour réaliser la genIA sur les appareils de pointe – smartphones, lunettes AR et autres appareils mobiles – est en cours. Chercheurs chez Deloitte estiment que la part des smartphones compatibles avec la génération IA pourrait dépasser 30 % des ventes d'ici la fin de l'année. Sans parler de une nouvelle catégorie de lunettes intelligentes alimentées par genAI.

Dans les appareils de pointe, une partie de la solution consiste à réimaginer l’électronique qui les compose.

Les composants PiezoMEMS permettent la GenAI à la périphérie

La technologie PiezoMEMS répond aux défis de l'IA de génération dans les appareils de pointe, non seulement par ses fonctionnalités, mais aussi par sa conception.

PiezoMEMS est une application de la technologie des systèmes microélectromécaniques qui utilise des matériaux piézoélectriques pour convertir l'énergie électrique en mouvement, soit un flux d'air régulé en tension. Les composants PiezoMEMS sont fabriqués selon un procédé de fabrication de semi-conducteurs fiable, stable et hautement uniforme, permettant la production en série de microélectroniques hautement performantes et économiques dans de petits boîtiers de 1 millimètre d'épaisseur.

Refroidissement actif pour la gestion thermique de l'IA Edge

Il existe désormais des actionneurs piézoMEMS en silicium à ultrasons qui pompent des impulsions d'air totalement silencieuses et sans vibrations dans le but de refroidir des systèmes électroniques minces et à espace restreint – en fait, un ventilateur sur une puce.

Les implications pour le refroidissement des appareils d’IA de pointe sont profondes. Le premier micro-ventilateur de refroidissement piézoMEMS Il est 96 % plus petit et plus léger que les ventilateurs traditionnels. Il est le seul dispositif de gestion thermique actif suffisamment petit et fin pour s'adapter aux smartphones et aux lunettes AR, maintenant les températures de surface et des composants 15 à 30 % plus fraîches tout en permettant au calcul de fonctionner à des performances optimales pendant des périodes prolongées.

Les haut-parleurs PiezoMEMS comme interface conversationnelle d'IA

Taille et poids : les haut-parleurs piézoMEMS peuvent produire un niveau de pression acoustique (SPL) équivalent, voire supérieur, à celui des haut-parleurs à bobine classiques, mais avec une taille, une épaisseur et un poids bien inférieurs. L'utilisation de ce nouveau haut-parleur pour des lunettes dotées d'IA pourrait rapprocher les concepteurs de produits de l'équilibre idéal évoqué plus haut dans cet article.

Voici deux exemples. Tout d'abord, avec une épaisseur d'un millimètre, le haut-parleur piézoMEMS est environ 1 % plus fin que les haut-parleurs à bobine classiques, ce qui permet aux branches des lunettes d'être plus fines et plus élégantes.

Deuxièmement, il a été suggéré que le poids idéal des verres est 30 grammes Pour un confort optimal tout au long de la journée. Dans les lunettes IA, les haut-parleurs à bobine conventionnels pèsent généralement environ 2 grammes chacun. Avec un haut-parleur par branche (4 grammes au total), ils représentent environ 15 % du poids total du système. Les haut-parleurs PiezoMEMS, d'environ 150 milligrammes chacun, peuvent réduire de plus de 90 % le poids des haut-parleurs, rapprochant ainsi les lunettes AR de l'objectif de 30 grammes.

Clarté audio. Outre leur taille et leur poids réduits, les haut-parleurs piézoMEMS améliorent l'expérience audio. Non seulement ils génèrent un volume suffisant à l'air libre, mais ils excellent dans la reproduction des hautes fréquences généralement associées à une meilleure intelligibilité et clarté de la parole. En effet, les piézoMEMS offrent une réponse mécanique plus rapide que les haut-parleurs traditionnels, avec un déphasage quasi nul, ce qui garantit un son clair, détaillé et précis.

Fonctionnalités DSP améliorées. Enfin, les fonctionnalités gourmandes en DSP, telles que les modes de confidentialité et le son dirigé, seront plus performantes avec les haut-parleurs piézoMEMS. Grâce à l'uniformité et à la cohérence du procédé de fabrication des semi-conducteurs, ces haut-parleurs offrent un niveau sonore et une concordance de phase quasi optimaux, offrant ainsi une fenêtre d'action plus prévisible pour l'algorithme DSP. Grâce à une variabilité moindre du haut-parleur, les algorithmes DSP peuvent améliorer les performances avec une charge de traitement moindre.

Libérer le potentiel des appareils d'IA Edge

Au final, il faudra une innovation majeure pour intégrer la puissance de l'IA générative aux appareils grand public. Les fabricants doivent non seulement maîtriser les lois de la physique, mais aussi garantir la meilleure expérience utilisateur possible, sans compromis sur le format.

Les nouvelles innovations dans la technologie piezoMEMS ouvrent des possibilités pour supprimer les contraintes thermiques, offrir une meilleure intelligibilité de la parole pour l'IA conversationnelle tout en améliorant le style (mince) et le confort (poids) des smartphones Edge AI et des lunettes AR.

L'écosystème genAI est vaste et interconnecté. PiezoMEMS peut être un catalyseur clé.