La technologie inconnue derrière une nouvelle génération d’appareils Edge AI

Vous n’avez peut-être jamais entendu parler de piezoMEMS – mais de nouvelles applications de cette technologie miniature et révolutionnaire sont sur le point de redéfinir l’avenir de l’IA à la périphérie.

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

Alors que l’IA se déplace vers les appareils de périphérie tels que les smartphones et les lunettes de réalité augmentée, les applications les plus convaincantes et les plus répandues tourneront probablement autour d’expériences en temps réel, personnalisées et sensibles au contexte. Ces appareils sont toujours avec nous, donc l’IA peut exploiter leurs capteurs – caméras, microphones, GPS, accéléromètres – pour offrir des solutions et des expériences sans interruption et à faible latence.

Pensez à l’IA comme à un compagnon omniprésent fournissant une assistance contextuelle en temps réel. Sur les smartphones, cela pourrait signifier une traduction linguistique instantanée pendant les conversations ou les voyages, comme pointer votre caméra sur un panneau et obtenir une superposition dans votre langue maternelle. Pour les lunettes de réalité augmentée, c’est encore plus intéressant – imaginez marcher dans une ville et avoir des faits historiques, des critiques de restaurants ou des indices de navigation projetés dans votre champ de vision, le tout adapté à vos intérêts et sans avoir besoin de sortir un appareil. Puisque l’IA de périphérie traite les données localement, c’est un gain pour la confiance et la confidentialité des données.

Alors que la promesse de l’IA de périphérie est évidente et convaincante, des défis matériels persistent.

• Défi 1 – Thermique : Tout comme les centres de données IA, les appareils IA de périphérie sont limités thermiquement, et non limités par les MIPS/calcul. Les smartphones sont déjà à leurs limites thermiques ; les fonctionnalités IA de périphérie ne font que compounder le problème. Même chose pour les lunettes de réalité augmentée, car plus de calcul, d’optique et de micro-écrans sont intégrés.
• Défi 2 – Taille/Poids/Facteur de forme : C’est un énorme défi pour les lunettes de réalité augmentée car les fabricants recherchent le graal de l’équilibre entre le confort de port pour une journée entière (poids) et les performances électroniques et la durée de vie de la batterie (performances) dans un facteur de forme à la mode et élégant.
• Défi 3 – Qualité audio de l’IA conversationnelle : La voix sera une interface dominante, en particulier avec les lunettes de réalité augmentée, permettant une opération rapide et sans mains. Cependant, les haut-parleurs à bobine conventionnels sont épais et encombrants (voir Défi 2) et ne fonctionnent pas à leur potentiel maximum dans des espaces restreints et contraints. De plus, leur cohérence de pièce à pièce relativement faible affecte négativement les fonctionnalités DSP à valeur ajoutée telles que les modes de confidentialité et de concentration de conversation.

Pourtant, la course folle pour exécuter la genAI sur les appareils de périphérie – smartphones, lunettes de réalité augmentée et autres appareils mobiles – est en cours. Les chercheurs de Deloitte estiment que la part de smartphones compatibles genAI pourrait dépasser 30 pour cent des expéditions d’ici la fin de l’année. Pour ne rien dire d’une nouvelle catégorie de lunettes de réalité augmentée compatibles genAI.

Dans les appareils de périphérie, une partie de la solution vient de la réinvention de l’électronique qui les compose.

Les composants piezoMEMS permettent la genAI à la périphérie

La technologie piezoMEMS répond aux défis de la genAI dans les appareils de périphérie. Non seulement en raison de ce qu’elle fait, mais aussi de la façon dont elle est fabriquée.

PiezoMEMS est une application de la technologie de microsystèmes électromécaniques qui utilise des matériaux piézoélectriques pour convertir l’énergie électrique en mouvement, essentiellement une source d’air contrôlée par tension. Les composants piezoMEMS sont fabriqués dans un processus de semi-conducteur fiable, stable et très uniforme, permettant la production en masse de microélectronique hautement efficace et rentable dans de petits paquets de puces d’une épaisseur de 1 millimètre.

Refroidissement actif pour la gestion thermique de l’IA de périphérie

Les actionneurs silicium piezoMEMS ultrasonores existent maintenant pour pomper des impulsions d’air complètement silencieuses et sans vibration à des fins de refroidissement de systèmes électroniques minces et contraints – essentiellement un ventilateur sur une puce.

Les implications pour le refroidissement des appareils IA de périphérie sont profondes. Le premier micro-ventilateur de refroidissement piezoMEMS est 96 pour cent plus petit et plus léger que les ventilateurs traditionnels – et est le seul dispositif de gestion thermique active suffisamment petit et mince pour rentrer à l’intérieur des smartphones et des lunettes de réalité augmentée, en maintenant les températures de surface et de composant 15-30 % plus fraîches tout en permettant au calcul de fonctionner à des performances de pointe pendant des périodes prolongées.

Les haut-parleurs piezoMEMS comme interface de l’IA conversationnelle

Taille et poids : les haut-parleurs piezoMEMS peuvent produire une sonorité équivalente ou meilleure (niveau de pression sonore [SPL]) que les haut-parleurs à bobine conventionnels mais à une fraction de la taille, de l’épaisseur et du poids. L’application de ce nouveau haut-parleur aux lunettes de réalité augmentée compatibles IA peut rapprocher les concepteurs de produits du graal de l’équilibre mentionné plus tôt dans cet article.

Voici deux exemples. Premièrement, à 1 millimètre d’épaisseur, le haut-parleur piezoMEMS est ~70 % plus mince que les haut-parleurs à bobine conventionnels, ce qui permet aux branches des lunettes d’être plus minces et plus élégantes.

Deuxièmement, il a été suggéré que le poids idéal des lunettes est de 30 grammes pour atteindre un confort de port pour une journée entière. Dans les lunettes IA, les haut-parleurs à bobine conventionnels pèsent généralement ~2 grammes chacun. Avec un haut-parleur dans chaque branche (4 grammes au total), les haut-parleurs contribuent ~15 % du poids total du système. Les haut-parleurs piezoMEMS, à ~150 milligrammes chacun, peuvent supprimer >90 % du poids contribué par les haut-parleurs, rapprochant les lunettes de réalité augmentée de l’objectif de 30 grammes.

Clarté audio. Outre sa petite taille et son poids, les haut-parleurs piezoMEMS améliorent l’expérience audio. Ils ne génèrent pas seulement un volume suffisant dans l’air libre, mais ils excellent également à reproduire les hautes fréquences généralement associées à une meilleure intelligence et clarté de la parole. C’est parce que piezoMEMS offre une réponse mécanique plus rapide que les conceptions de haut-parleurs traditionnelles avec presque aucun décalage de phase, ce qui signifie que l’audio est clair, détaillé et précis.

Fonctionnalités DSP améliorées. Enfin, les fonctionnalités DSP intensives telles que les modes de confidentialité et le son dirigé fonctionneront mieux avec les haut-parleurs piezoMEMS. Grâce à l’uniformité et à la cohérence du processus de semi-conducteur, ces haut-parleurs ont une sonorité et une phase presque idéales de pièce à pièce, offrant une fenêtre plus prévisible pour que l’algorithme DSP fonctionne. Avec moins de variabilité du haut-parleur, les algorithmes DSP peuvent améliorer les performances avec moins de surcharge de traitement.

Débloquer le potentiel des appareils IA de périphérie

En fin de compte, cela nécessitera une innovation significative pour apporter la puissance de l’IA générative aux appareils de périphérie grand public. Non seulement les fabricants doivent surmonter les lois de la physique, mais ils doivent également assurer la meilleure expérience utilisateur possible – tout en conservant le facteur de forme.

De nouvelles innovations dans la technologie piezoMEMS ouvrent des possibilités pour supprimer les contraintes thermiques, améliorer la clarté de la parole pour l’IA conversationnelle tout en améliorant le style (minceur) et le confort (poids) dans les smartphones et les lunettes de réalité augmentée IA.

L’écosystème genAI est vaste et interconnecté. PiezoMEMS peut être un élément clé.