Teknologi Tak Dikenal di Balik Perangkat AI Edge Generasi Baru

Anda mungkin belum pernah mendengar tentang piezoMEMS — tetapi aplikasi baru dari teknologi kecil yang mengubah permainan ini siap membentuk kembali masa depan AI di tepian.

Dalam 2023, peneliti memperkirakan bahwa penggunaan kecerdasan buatan generatif (generatif AI) untuk membuat gambar menghabiskan energi sebanyak pengisian daya ponsel pintar. Sekarang, bayangkan menghasilkan gambar AI dengan ponsel pintar Anda.

Seiring dengan beralihnya AI ke perangkat canggih seperti ponsel pintar dan kacamata AR, aplikasi yang paling menarik dan tersebar luas kemungkinan besar akan berkisar pada pengalaman yang bersifat real-time, personal, dan sadar konteks. Perangkat ini selalu ada bersama kita, sehingga AI dapat memanfaatkan sensornya – kamera, mikrofon, GPS, akselerometer – untuk menghadirkan solusi dan pengalaman yang lancar dan berlatensi rendah.

Anggaplah AI sebagai pendamping yang selalu ada dan memberikan bantuan kontekstual secara real-time. Pada ponsel pintar, ini bisa berarti penerjemahan bahasa secara instan selama percakapan atau perjalanan, seperti mengarahkan kamera ke sebuah rambu dan mendapatkan tampilan dalam bahasa ibu Anda. Untuk kacamata AR, ini bahkan lebih mudah dipahami – bayangkan berjalan di kota dan melihat fakta sejarah, ulasan restoran, atau petunjuk navigasi yang diproyeksikan ke tampilan Anda, semuanya disesuaikan dengan minat Anda dan tanpa perlu mengeluarkan perangkat. Karena AI edge memproses data secara lokal, ini merupakan kemenangan bagi kepercayaan dan privasi data.

Meskipun janji untuk tepi AI jelas dan menarik, tantangan perangkat keras tetap ada.

• Tantangan 1 – Termal: Sama seperti pusat data AI, perangkat AI edge dibatasi oleh suhu, bukan oleh MIPS/komputasi. Ponsel pintar sudah mencapai batas suhunya; fitur AI edge hanya memperparah masalah. Sama halnya dengan kacamata AR, karena lebih banyak komputasi, optik, dan tampilan mikro yang terintegrasi.
• Tantangan 2 – Ukuran/Berat/Faktor Bentuk: Ini adalah tantangan besar bagi kacamata AR karena produsen mencari keseimbangan yang tepat antara kenyamanan pemakaian seharian (berat) dengan perangkat elektronik yang dibutuhkan dan masa pakai baterai (kinerja), semuanya dalam bentuk faktor yang bergaya dan mengutamakan mode.
• Tantangan 3 – Kualitas Audio AI Percakapan: Suara akan menjadi antarmuka yang dominan, khususnya dengan kacamata AR, yang memungkinkan pengoperasian cepat tanpa menggunakan tangan. Namun, speaker koil konvensional tebal dan besar (lihat Tantangan 2) dan tidak bekerja secara maksimal di ruang yang sempit dan terbatas. Lebih jauh, konsistensi antarbagiannya yang relatif buruk berdampak negatif pada fitur DSP bernilai tambah seperti mode privasi dan fokus percakapan.

Meski begitu, upaya gila-gilaan untuk menjalankan genAI pada perangkat canggih – telepon pintar, kacamata AR, dan perangkat seluler lainnya – sedang berlangsung. Peneliti di Deloitte memperkirakan pangsa pasar ponsel pintar yang menggunakan teknologi AI bisa melampaui 30 persen dari total pengiriman pada akhir tahun ini. Belum lagi kategori baru kacamata pintar bertenaga genAI.

Pada perangkat tepi, sebagian solusinya datang dari penataan ulang perangkat elektronik yang ada di dalamnya.

Komponen PiezoMEMS Memungkinkan GenAI di Edge

Teknologi PiezoMEMS mengatasi tantangan genAI dalam perangkat edge. Bukan hanya karena fungsinya, tetapi juga cara pembuatannya.

PiezoMEMS adalah aplikasi teknologi sistem mikro-elektromekanis yang menggunakan bahan piezoelektrik untuk mengubah energi listrik menjadi gerakan, yang pada dasarnya merupakan sumber aliran udara yang dikontrol tegangan. Komponen PiezoMEMS diproduksi dalam proses semikonduktor yang andal, stabil, dan sangat seragam, yang memungkinkan produksi massal mikroelektronika yang sangat efisien dan hemat biaya dalam paket chip kecil setebal 1 milimeter.

Pendinginan Aktif untuk Manajemen Termal AI Edge

Aktuator silikon piezoMEMS ultrasonik kini ada untuk memompa denyut udara yang benar-benar senyap dan bebas getaran dengan tujuan mendinginkan sistem elektronik yang tipis dan terbatas ruangnya – pada dasarnya seperti kipas pada chip.

Implikasinya terhadap pendinginan perangkat AI edge sangat mendalam. Kipas pendingin mikro piezoMEMS pertama berukuran 96 persen lebih kecil dan lebih ringan daripada kipas angin tradisional – dan merupakan satu-satunya perangkat manajemen termal aktif yang cukup kecil dan tipis untuk dimasukkan ke dalam ponsel pintar dan kacamata AR, menjaga suhu permukaan dan komponen 15-30% lebih dingin sekaligus memungkinkan komputasi berjalan pada kinerja puncak untuk jangka waktu lama.

Speaker PiezoMEMS sebagai Antarmuka AI Percakapan

Ukuran dan Berat: speaker piezoMEMS dapat menghasilkan tingkat kenyaringan (tingkat tekanan suara [SPL]) yang setara atau lebih baik daripada speaker koil konvensional, tetapi dengan ukuran, ketebalan, dan berat yang jauh lebih kecil. Penerapan speaker baru ini pada kacamata yang mendukung AI dapat membantu desainer produk mencapai keseimbangan yang diharapkan yang disebutkan sebelumnya dalam artikel ini.

Berikut ini dua contoh. Pertama, dengan ketebalan 1 milimeter, speaker piezoMEMS ~70% lebih tipis dari speaker koil konvensional yang memungkinkan lengan kacamata menjadi lebih tipis dan lebih bergaya.

Kedua, telah disarankan bahwa berat kacamata yang ideal adalah 30 gram untuk mencapai kenyamanan pemakaian sepanjang hari. Pada kacamata AI, speaker koil konvensional biasanya memiliki berat sekitar 2 gram masing-masing. Dengan satu speaker di setiap lengan kacamata (total 4 gram), speaker berkontribusi sekitar 15% dari berat total sistem. Loudspeaker PiezoMEMS, dengan berat masing-masing sekitar 150 miligram, dapat mengurangi >90% berat yang disumbangkan oleh speaker, sehingga kacamata AR mendekati target 30 gram.

Kejernihan Audio. Selain ukuran dan beratnya yang kecil, speaker piezoMEMS meningkatkan pengalaman audio. Speaker ini tidak hanya menghasilkan volume yang cukup di udara terbuka, tetapi juga unggul dalam mereproduksi frekuensi tinggi yang biasanya dikaitkan dengan peningkatan kejelasan dan kejernihan ucapan. Hal ini karena piezoMEMS memberikan respons mekanis yang lebih cepat daripada desain speaker tradisional dengan hampir tidak ada pergeseran fase, yang berarti audionya jernih, terperinci, dan akurat.

Fitur DSP yang ditingkatkan. Terakhir, fitur DSP yang intensif seperti mode privasi dan suara terarah akan berkinerja lebih baik dengan speaker piezoMEMS. Berkat keseragaman dan konsistensi proses semikonduktor, speaker ini memiliki kenyaringan bagian-ke-bagian dan pencocokan fase yang hampir ideal, sehingga memberikan jendela yang lebih dapat diprediksi bagi algoritme DSP untuk beroperasi. Dengan variabilitas yang lebih sedikit dari speaker, algoritme DSP dapat meningkatkan kinerja dengan overhead pemrosesan yang lebih sedikit.

Membuka Potensi Perangkat AI Edge

Pada akhirnya, diperlukan inovasi yang signifikan untuk menghadirkan kekuatan AI generatif ke perangkat konsumen. Produsen tidak hanya harus mengatasi masalah fisika, tetapi mereka juga harus memastikan pengalaman pengguna sebaik mungkin – semuanya tanpa mengorbankan faktor bentuk.

Inovasi baru dalam teknologi piezoMEMS membuka kemungkinan untuk menghilangkan kendala termal, memberikan kejelasan ucapan yang lebih baik untuk AI percakapan sekaligus meningkatkan gaya (tipis) dan kenyamanan (berat) pada smartphone AI edge dan kacamata AR.

Ekosistem genAI sangat luas dan saling terkait. PiezoMEMS dapat menjadi pendorong utama.