エッジAIデバイスの新世代を支える未知のテクノロジー

あなたはpiezoMEMSという用語を聞いたことがないかもしれませんが、この小さくて革新的なテクノロジーの新しい応用は、エッジでのAIの未来を形作り始めています。

2023年、研究者は、生成的な人工知能（genAI）を使用して画像を作成するのに、スマートフォンの充電と同じくらいのエネルギーが必要であると推定しました。さて、スマートフォンでAI画像を生成することを想像してみましょう。

AIがスマートフォンやARグラスなどのエッジデバイスに移行するにつれて、最も魅力的で普及している応用例は、リアルタイムの、パーソナライズされた、コンテキストに応じた体験を中心になる可能性が高いと思われます。これらのデバイスは常に私たちと一緒にあるため、AIはカメラ、 микрофон、GPS、加速度計などのセンサーを利用して、シームレスで低遅延のソリューションと体験を提供できます。

AIを常に付ける側kickとして考えてみましょう。スマートフォンでは、会話中や旅行中に即時言語翻訳を行ったり、カメラでサインを指してネイティブの言語でオーバーレイを表示したりすることができます。ARグラスでは、歴史的な事実、レストランのレビュー、ナビゲーションキューや興味に応じた投影を表示することができます。エッジAIはデータをローカルで処理するため、信頼性とデータプライバシーにも勝ちです。

エッジAIの約束は明らかで魅力的ですが、ハードウェアの課題が残っています。

• 課題1 – 熱: AIデータセンターと同様に、エッジAIデバイスは熱制限であり、MIPS/コンピューティング制限ではありません。スマートフォンはすでに熱制限に達しています。エッジAI機能はこの問題を悪化させます。ARグラスも同様で、より多くのコンピューティング、光学、ミクロディスプレイが統合されます。
• 課題2 – サイズ/重量/形状: これはARグラスにとっての大きな課題です。メーカーは、全日着用の快適さ（重量）と必要な電子機器やバッテリー寿命（パフォーマンス）を、ファッション第一のスタイリッシュな形状でバランスをとることを目指しています。
• 課題3 – 会話AIオーディオ品質: 音声は優先的なインターフェイスとなり、特にARグラスでは、迅速なハンズフリー操作を可能にします。しかし、従来のコイルスピーカーは厚くて重く（課題2参照）、狭い空間では最大のパフォーマンスを発揮しません。また、部品間の一貫性が低いため、プライバシーと会話の集中モードなどの付加価値のあるDSP機能に悪影響を及ぼします。

まだ、エッジデバイス（スマートフォン、ARグラス、その他のモバイルデバイス）でgenAIを実行するための狂った競争が進行中です。 デロイトの研究者は、genAI対応スマートフォンの出荷台数が今年末までに30％を超える可能性があると推定しています。 新しいgenAI搭載スマートグラスのカテゴリについてはお話ししません。

エッジデバイスでは、解決策の一部は、これらのデバイスに組み込まれる電子機器を再構想することから来ます。

ピエゾMEMSコンポーネントがエッジのgenAIを可能にする

ピエゾMEMSテクノロジーは、エッジデバイスでのgenAIの課題に対処します。なぜなら、それが何をするかだけでなく、それがどのように作られるかという点でもです。

ピエゾMEMSは、微小電気機械システムテクノロジーの応用であり、圧電材料を使用して電気エネルギーを運動に変換します。基本的に、電圧制御された空気流れ源です。ピエゾMEMSコンポーネントは、信頼性が高く安定した半導体プロセスで製造され、効率が高くコスト効率の良いマイクロエレクトロニクスを1ミリメートル厚のチップパッケージで大量生産できます。

エッジAIの熱管理のためのアクティブクーリング

超音波ピエゾMEMSシリコンアクチュエーターは、薄い空間制限された電子機器システムを冷却するための完全に静かで振動のない空気のパルスをポンプするために存在します。基本的に、チップ上のファンです。

エッジデバイスの冷却に対する影響は深刻です。 最初のピエゾMEMSマイクロクーリングファンは、従来のファンよりも96％小さく軽く、スマートフォンとARグラスの中に収まる唯一のアクティブな熱管理デバイスです。表面とコンポーネントの温度を15〜30％低く保ち、コンピューティングを長時間にわたってピークパフォーマンスで実行できるようにします。

会話AIインターフェイスとしてのピエゾMEMSスピーカー

サイズと重量：ピエゾMEMSスピーカーは、従来のコイルスピーカーと同等またはそれ以上の音圧レベル（SPL）を、サイズ、厚さ、重量の割合で生成できます。AI対応グラスにこの新しいスピーカーを適用することで、製品デザイナーは前の記事で参照したバランスのとれたスタイリッシュな形状に近づくことができます。

2つの例があります。まず、1ミリメートル厚のピエゾMEMSスピーカーは、従来のコイルスピーカーよりも約70％薄いため、グラスのアームを薄くしてスタイリッシュにできます。

2つ目は、グラスの理想的な重量は30グラムで、全日着用の快適さを実現できるということです。AIグラスでは、従来のコイルスピーカーは通常1つあたり約2グラムで、グラスのアームに1つずつ（合計4グラム）あり、システムの総重量の約15％を占めます。ピエゾMEMSスピーカーは約150ミリグラムで、スピーカーが占める重量の90％以上を削減し、ARグラスを30グラムの目標に近づけることができます。

オーディオの明瞭度。サイズと重量だけでなく、ピエゾMEMSスピーカーはオーディオ体験を向上させます。開放空間で十分な音量を生成するだけでなく、高周波数を再生する能力が優れており、スピーチの明瞭度と明確性が向上します。これは、ピエゾMEMSが従来のスピーカーデザインよりも機械的な応答が速く、位相シフトがほとんどないため、オーディオがクリアで詳細で正確であるということです。

DSP機能の向上。最後に、プライバシーモードや指向性音などのDSP集中型機能は、ピエゾMEMSスピーカーでより良く機能します。半導体プロセスの一貫性と一致性により、これらのスピーカーはほぼ理想的な部品間の音量と位相一致を持ち、DSPアルゴリズムがより予測可能なウィンドウで動作できるため、処理オーバーヘッドを減らしてパフォーマンスを向上させることができます。

エッジAIデバイスの潜在能力の解放

結局、エッジデバイスで生成的なAIの力を解放するには、重大なイノベーションが必要です。メーカーは物理学的限界を克服するだけでなく、最も優れたユーザーエクスペリエンスを確保する必要があります。形状を妥協することなく。

ピエゾMEMSテクノロジーの新しいイノベーションは、熱制限を除去し、会話AIの音声の明瞭度を向上させ、エッジAIスマートフォンとARグラスのスタイル（薄さ）と快適性（重量）を高める可能性を開きます。

genAIエコシステムは広大で相互に結びついています。ピエゾMEMSは重要なエナブラーとなる可能性があります。