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 petite technologie révolutionnaire sont sur le point de redéfinir l’avenir de l’IA à la périphérie.

En 2023, les chercheurs ont estimé que l’utilisation de l’intelligence artificielle générative (genAI) pour créer une image consommait 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 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 personnalisées, en temps réel 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 un acolyte 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 important – 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 vie privée 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 par la thermique, et non par les MIPS/calcul. Les smartphones sont déjà à leurs limites thermiques ; les fonctionnalités IA de périphérie ne font que compliquer le problème. Même chose pour les lunettes de réalité augmentée, car plus de calcul, d’optique et d’affichages micro 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 saint graal de l’équilibre entre le confort de port quotidiennement (poids) et les performances électroniques et la durée de vie de la batterie (performance) dans un facteur de forme à la mode.
• 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 contact. Cependant, les haut-parleurs à bobine conventionnels sont épais et encombrants (voir Défi 2) et ne fonctionnent pas à leur plein potentiel dans des espaces restreints. De plus, leur cohérence de pièce à pièce relativement faible affecte négativement les fonctionnalités de traitement du signal numérique 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 – les smartphones, les lunettes de réalité augmentée et d’autres appareils mobiles – est en cours. Les chercheurs de Deloitte estiment que la part de smartphones dotés de la genAI pourrait dépasser 30 % des expéditions d’ici la fin de cette année. Sans parler d’une nouvelle catégorie de lunettes intelligentes dotées de la 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 des systèmes micro-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 micro-électronique 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 piézoMEMS ultrasonores existent maintenant pour pomper des impulsions d’air complètement silencieuses et sans vibration pour le 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 ventilateur de refroidissement piézoMEMS est 96 % plus petit et plus léger que les ventilateurs traditionnels – et c’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 à l’ordinateur de fonctionner à des performances de pointe pendant de longues périodes.

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

Taille et poids : les haut-parleurs piézoMEMS peuvent produire une sonorité équivalente ou supérieure (niveau de pression sonore [SPL]) à celle des 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 dotées d’IA peut aider les concepteurs de produits à atteindre l’équilibre saint graal mentionné plus tôt dans cet article.

Voici deux exemples. Premièrement, à 1 millimètre d’épaisseur, le haut-parleur piézoMEMS 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 quotidien. 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 piézoMEMS, à ~150 milligrammes chacun, peuvent supprimer >90 % du poids contribué par les haut-parleurs, en rapprochant les lunettes de réalité augmentée de l’objectif de 30 grammes.

Clarté audio. Outre sa petite taille et son poids, les haut-parleurs piézoMEMS améliorent l’expérience audio. Ils ne génèrent pas seulement un volume suffisant dans l’air libre, mais ils excellent également dans la reproduction des hautes fréquences généralement associées à une meilleure intelligibilité et clarté de la parole. Cela est dû au fait que les piézoMEMS offrent 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 de traitement du signal numérique (DSP) telles que les modes de confidentialité et le son dirigé fonctionneront mieux avec les haut-parleurs piézoMEMS. 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 des innovations significatives pour apporter la puissance de l’IA générative aux appareils de périphérie grand public. Non seulement les fabricants doivent surmonter les limites physiques, mais ils doivent également assurer la meilleure expérience utilisateur possible – tout en préservant le facteur de forme.

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

L’écosystème de la genAI est vaste et interconnecté. Les piézoMEMS peuvent être un facteur clé.