La tecnologia sconosciuta dietro una nuova generazione di dispositivi Edge AI

Forse non avete mai sentito parlare di piezoMEMS — ma nuove applicazioni di questa tecnologia minuscola e rivoluzionaria sono pronte a ridisegnare il futuro dell’AI ai margini.

Nel 2023, i ricercatori hanno stimato che utilizzare l’intelligenza artificiale generativa (genAI) per creare un’immagine utilizzava tanta energia quanto caricare un telefono cellulare. Ora, immaginate di generare immagini AI con il vostro smartphone.

Mentre l’AI si sposta verso dispositivi ai margini come smartphone e occhiali AR, le applicazioni più convincenti e diffuse saranno probabilmente legate a esperienze personalizzate, contestuali e in tempo reale. Questi dispositivi sono sempre con noi, quindi l’AI può sfruttare i loro sensori – telecamere, microfoni, GPS, accelerometri – per offrire soluzioni e esperienze senza soluzione di continuità e a bassa latenza.

Pensate all’AI come a un aiutante onnipresente che fornisce assistenza contestuale in tempo reale. Su smartphone, ciò potrebbe significare traduzione istantanea di lingue durante le conversazioni o i viaggi, come puntare la telecamera su un cartello e ottenere un sovrapposizione nella vostra lingua madre. Per gli occhiali AR, è ancora più coinvolgente – immaginate di camminare per una città e avere proiettati nella vostra visuale fatti storici, recensioni di ristoranti o indicazioni di navigazione, tutti personalizzati per i vostri interessi e senza dover estrarre un dispositivo. Poiché l’AI ai margini elabora i dati localmente, è una vittoria per la fiducia e la privacy dei dati.

Mentre la promessa per l’AI ai margini è ovvia e convincente, restano sfide hardware.

• Sfida 1 – Termica: Come i data center AI, i dispositivi AI ai margini sono limitati termicamente, non limitati da MIPS/calcolo. Gli smartphone sono già ai loro limiti termici; le funzionalità AI ai margini semplicemente aggravano il problema. Stesso discorso per gli occhiali AR, poiché più calcolo, ottiche e display micro sono integrati.
• Sfida 2 – Dimensione/Peso/Fattore di forma: Questa è un’enorme sfida per gli occhiali AR, poiché i produttori cercano di bilanciare il comfort dell’indossamento per tutto il giorno (peso) con le necessarie elettroniche e autonomia (prestazioni) in un fattore di forma alla moda e stiloso.
• Sfida 3 – Qualità audio dell’AI conversazionale: La voce sarà un’interfaccia dominante, in particolare con gli occhiali AR, consentendo un’operazione rapida e senza mani. Tuttavia, gli altoparlanti a bobina convenzionali sono spessi e ingombranti (vedere Sfida 2) e non si eseguono al massimo delle loro potenzialità in spazi stretti e vincolati. Inoltre, la loro scarsa consistenza parte-per-parte negativamente impatta le funzionalità DSP di valore aggiunto come modalità di privacy e focus conversazione.

Tuttavia, la corsa folle per eseguire genAI su dispositivi ai margini – smartphone, occhiali AR e altri dispositivi mobili – è in corso. I ricercatori di Deloitte stimano che la quota di smartphone abilitati per genAI potrebbe superare il 30% delle spedizioni entro la fine di quest’anno. Per non parlare di una nuova categoria di occhiali intelligenti potenziati da genAI.

Nei dispositivi ai margini, parte della soluzione deriva dal ripensare l’elettronica che li compone.

Componenti piezoMEMS abilitano genAI ai margini

La tecnologia piezoMEMS affronta le sfide della genAI nei dispositivi ai margini. Non solo per ciò che fa, ma per come è realizzata.

La tecnologia piezoMEMS è un’applicazione della tecnologia dei sistemi micro-elettromeccanici che utilizza materiali piezoelettrici per convertire l’energia elettrica in movimento, essenzialmente una fonte di aria controllata dal voltaggio. I componenti piezoMEMS sono prodotti in un processo di semiconduttore affidabile, stabile e altamente uniforme, consentendo la produzione di massa di microelettronica efficiente, economica e sottile in pacchetti di chip di 1 millimetro.

Raffreddamento attivo per la gestione termica dell’AI ai margini

Gli attuatori piezoMEMS in silicio ultrasonici esistono ora per pompare impulsi d’aria completamente silenziosi e senza vibrazioni per lo scopo di raffreddare sistemi elettronici sottili e vincolati – fondamentalmente un ventilatore su un chip.

Le implicazioni per il raffreddamento dei dispositivi AI ai margini sono profonde. Il primo ventilatore di raffreddamento piezoMEMS è del 96% più piccolo e leggero dei ventilatori tradizionali – ed è l’unico dispositivo di gestione termica attiva abbastanza piccolo e sottile da adattarsi all’interno degli smartphone e degli occhiali AR, mantenendo le temperature di superficie e di componente più fresche del 15-30% e consentendo il calcolo di funzionare al massimo delle prestazioni per periodi prolungati.

Altoparlanti piezoMEMS come interfaccia AI conversazionale

Dimensione e peso: gli altoparlanti piezoMEMS possono produrre una sonorità equivalente o migliore (livello di pressione sonora [SPL]) rispetto agli altoparlanti a bobina convenzionali, ma a una frazione della dimensione, dello spessore e del peso. Applicare questo nuovo altoparlante agli occhiali AI può aiutare i designer di prodotto a raggiungere l’equilibrio sacro menzionato in precedenza in questo articolo.

Ecco due esempi. In primo luogo, a 1 millimetro di spessore, l’altoparlante piezoMEMS è ~70% più sottile degli altoparlanti a bobina convenzionali, il che consente alle braccia degli occhiali di essere più sottili e stilosi.

In secondo luogo, è stato suggerito che il peso ideale degli occhiali è di 30 grammi per raggiungere il comfort dell’indossamento per tutto il giorno. Negli occhiali AI, gli altoparlanti a bobina convenzionali pesano tipicamente ~2 grammi ciascuno. Con uno in ogni braccio degli occhiali (4 grammi totali), gli altoparlanti contribuiscono ~15% del peso totale del sistema. Gli altoparlanti piezoMEMS, a ~150 milligrammi ciascuno, possono rimuovere >90% del peso contribuito dagli altoparlanti, avvicinando gli occhiali AR al target di 30 grammi.

Chiarezza audio. Oltre alla sua piccola dimensione e peso, gli altoparlanti piezoMEMS migliorano l’esperienza audio. Non solo generano un volume sufficiente all’aperto, ma eccellono anche nella riproduzione delle frequenze alte tipicamente associate a una migliore intelligenza e chiarezza del discorso. Ciò è dovuto al fatto che i piezoMEMS forniscono una risposta meccanica più rapida rispetto ai progetti di altoparlanti tradizionali con quasi nessuno spostamento di fase, il che significa che l’audio è chiaro, dettagliato e preciso.

Funzionalità DSP migliorate. Infine, le funzionalità DSP-intensive come le modalità di privacy e il suono diretto funzioneranno meglio con gli altoparlanti piezoMEMS. Grazie all’uniformità e alla coerenza del processo di semiconduttore, questi altoparlanti hanno una sonorità e una corrispondenza di fase quasi ideali, fornendo una finestra più prevedibile per l’algoritmo DSP da eseguire. Con meno variabilità dall’altoparlante, gli algoritmi DSP possono migliorare le prestazioni con meno sovraccarico di elaborazione.

Sbloccare il potenziale dei dispositivi AI ai margini

Alla fine, ci vorrà un’innovazione significativa per portare il potere dell’intelligenza artificiale generativa ai dispositivi ai margini dei consumatori. Non solo i produttori devono superare la fisica, ma devono anche garantire la migliore esperienza utente possibile – tutto senza compromettere il fattore di forma.

Nuove innovazioni nella tecnologia piezoMEMS aprono possibilità per rimuovere le limitazioni termiche, offrire una migliore intelligenibilità del discorso per l’AI conversazionale, migliorando lo stile (sottile) e il comfort (peso) negli smartphone e occhiali AR ai margini.

L’ecosistema genAI è vasto e interconnesso. I piezoMEMS possono essere un abilitatore chiave.