Teknologi Tidak Dikenal di Balik Generasi Baru Perangkat Edge AI

Anda mungkin belum pernah mendengar tentang piezoMEMS — tetapi aplikasi baru dari teknologi kecil, game-changing ini siap untuk mengubah masa depan AI di edge.

Pada tahun 2023, peneliti memperkirakan bahwa menggunakan kecerdasan buatan generatif (genAI) untuk membuat gambar menggunakan energi sebanyak mengisi daya smartphone. Sekarang, bayangkan membuat gambar AI dengan smartphone Anda.

Ketika AI bergeser ke perangkat edge seperti smartphone dan kacamata AR, aplikasi yang paling menarik dan luas akan kemungkinan berkisar pada pengalaman yang dipersonalisasi, kontekstual, dan waktu nyata. Perangkat ini selalu bersama kita, sehingga AI dapat memanfaatkan sensor mereka — kamera, mikrofon, GPS, akselerometer — untuk menyediakan solusi dan pengalaman yang mulus dan rendah latensi.

Bayangkan AI sebagai asisten yang selalu ada di samping Anda, memberikan bantuan kontekstual waktu nyata. Di smartphone, ini bisa berarti terjemahan bahasa instan selama percakapan atau perjalanan, seperti menunjukkan kamera ke tanda dan mendapatkan overlay dalam bahasa asli Anda. Untuk kacamata AR, ini bahkan lebih menarik — bayangkan berjalan melalui kota dan memiliki fakta sejarah, ulasan restoran, atau petunjuk navigasi yang diproyeksikan ke dalam pandangan Anda, semuanya disesuaikan dengan minat Anda dan tanpa perlu mengeluarkan perangkat. Karena edge AI memproses data secara lokal, ini adalah kemenangan bagi kepercayaan dan privasi data.

Meskipun janji edge AI jelas dan menarik, tantangan perangkat keras masih ada.

• Tantangan 1 – Termal: Sama seperti pusat data AI, perangkat edge AI terbatas secara termal, bukan terbatas oleh MIPS/komputasi. Smartphone sudah berada di batas termalnya; fitur edge AI hanya memperburuk masalah. Sama untuk kacamata AR, karena lebih banyak komputasi, optik, dan layar mikro yang terintegrasi.
• Tantangan 2 – Ukuran/Berat/Faktor Bentuk: Ini adalah tantangan besar untuk kacamata AR karena produsen mencari keseimbangan antara kenyamanan penggunaan sepanjang hari (berat) dengan elektronik dan umur baterai yang diperlukan (kinerja) semua dalam faktor bentuk yang stylish.
• Tantangan 3 – Kualitas Audio AI Konversasional: Suara akan menjadi antarmuka yang dominan, terutama dengan kacamata AR, memungkinkan operasi tanpa tangan yang cepat. Namun, speaker koil konvensional tebal dan berat (lihat Tantangan 2) dan tidak berkinerja maksimal dalam ruang yang terbatas. Selain itu, konsistensi bagian-ke-bagian yang relatif buruk mereka negatif mempengaruhi fitur DSP tambahan seperti mode privasi dan fokus percakapan.

Meskipun demikian, lomba untuk melakukan genAI pada perangkat edge — smartphone, kacamata AR, dan perangkat mobile lainnya — sedang berlangsung. Peneliti di Deloitte memperkirakan bahwa bagian smartphone yang mendukung genAI bisa melebihi 30 persen dari pengiriman pada akhir tahun ini. Untuk tidak berbicara tentang kategori baru kacamata pintar yang ditenagai genAI.

Di perangkat edge, sebagian dari solusi datang dari merekonstruksi elektronik yang masuk ke dalamnya.

Komponen PiezoMEMS Mengaktifkan GenAI di Edge

Teknologi piezoMEMS menangani tantangan genAI di perangkat edge. Bukan hanya karena apa yang dilakukannya, tetapi juga bagaimana cara membuatnya.

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

Pendinginan Aktif untuk Manajemen Termal Edge AI

Aktuator silikon piezoMEMS ultrasonik sekarang ada untuk memompa pulsa udara yang sepenuhnya sunyi, bebas getaran untuk tujuan pendinginan sistem elektronik yang tipis dan terbatas ruang — pada dasarnya sebuah kipas di atas chip.

Implikasinya untuk pendinginan perangkat edge AI sangat mendalam. Kipas pendingin mikro piezoMEMS pertama 96 persen lebih kecil dan lebih ringan daripada kipas tradisional — dan merupakan satu-satunya perangkat manajemen termal aktif yang cukup kecil dan tipis untuk muat di dalam smartphone dan kacamata AR, menjaga suhu permukaan dan komponen 15-30% lebih dingin sambil memungkinkan komputasi berjalan pada kinerja puncak selama periode yang lebih lama.

PiezoMEMS Loudspeakers sebagai Antarmuka AI Konversasional

Ukuran dan Berat: speaker piezoMEMS dapat menghasilkan tingkat kekerasan (tekanan suara) yang setara atau lebih baik daripada speaker koil konvensional tetapi dengan ukuran, ketebalan, dan berat yang jauh lebih kecil. Mengaplikasikan speaker baru ini ke kacamata AI dapat membantu desainer produk mendekati keseimbangan yang ideal seperti yang disebutkan sebelumnya dalam artikel ini.

Contoh pertama. Pada ketebalan 1 milimeter, speaker piezoMEMS ~70% lebih tipis daripada speaker koil konvensional yang memungkinkan lengan kacamata menjadi lebih tipis dan stylish.

Contoh kedua. Telah dikemukakan bahwa berat ideal kacamata adalah 30 gram untuk mencapai kenyamanan penggunaan sepanjang hari. Pada kacamata AI, speaker koil konvensional biasanya berat ~2 gram masing-masing. Dengan satu di setiap lengan kacamata (4 gram total), speaker menyumbang ~15% dari berat total sistem. Speaker piezoMEMS, pada ~150 miligram masing-masing, dapat menghilangkan >90% dari berat yang disumbangkan oleh speaker, membawa kacamata AR lebih dekat ke target 30 gram.

Kualitas Audio. Selain ukuran dan beratnya yang kecil, speaker piezoMEMS juga meningkatkan pengalaman audio. Mereka tidak hanya menghasilkan volume yang cukup di udara terbuka, tetapi juga unggul dalam mereproduksi frekuensi tinggi yang biasanya terkait dengan kejelasan dan kualitas suara yang ditingkatkan. Ini karena piezoMEMS menyediakan respons mekanis yang lebih cepat daripada desain speaker tradisional dengan pergeseran fase yang hampir tidak ada, yang berarti audio tersebut jernih, terperinci, dan akurat.

Fitur DSP yang Ditingkatkan. Akhirnya, fitur-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 kecocokan kekerasan dan fase yang hampir ideal, menyediakan jendela yang lebih dapat diprediksi bagi algoritma DSP untuk beroperasi. Dengan variabilitas yang lebih rendah dari speaker, algoritma DSP dapat meningkatkan kinerja dengan overhead pemrosesan yang lebih rendah.

Membuka Potensi Perangkat Edge AI

Pada akhirnya, akan membutuhkan inovasi signifikan untuk membawa kekuatan kecerdasan buatan generatif ke perangkat edge konsumen. Bukan hanya produsen harus mengatasi hukum fisika, tetapi mereka juga harus memastikan pengalaman pengguna terbaik — semua tanpa mengorbankan faktor bentuk.

Inovasi baru dalam teknologi piezoMEMS membuka kemungkinan untuk menghilangkan kendala termal, meningkatkan kejelasan suara untuk AI konversasional sambil meningkatkan gaya (tipis) dan kenyamanan (berat) di smartphone dan kacamata AR edge AI.

Ekosistem genAI sangat luas dan terhubung. PiezoMEMS dapat menjadi pengaktif kunci.