차세대 엣지 AI 기기의 숨겨진 기술

여러분은 PiezoMEMS에 대해 들어보지 못했을 수도 있지만, 이 작고 획기적인 기술의 새로운 응용 분야는 엣지 AI의 미래를 바꿀 준비가 되어 있습니다.

2023년에 연구원 추정 생성 인공지능(genAI)을 사용하여 이미지를 생성하는 데 스마트폰 충전만큼의 에너지가 소모된다는 것을 생각해 보세요. 이제 스마트폰으로 AI 이미지를 생성하는 것을 상상해 보세요.

AI가 스마트폰이나 AR 글래스와 같은 엣지 기기로 이동함에 따라, 가장 매력적이고 널리 활용되는 애플리케이션은 실시간, 개인화 및 상황 인식 경험을 중심으로 할 것으로 예상됩니다. 이러한 기기는 항상 우리 곁에 있으므로 AI는 카메라, 마이크, GPS, 가속도계와 같은 센서를 활용하여 매끄럽고 지연 ​​시간이 짧은 솔루션과 경험을 제공할 수 있습니다.

AI를 실시간으로 상황에 맞는 지원을 제공하는, 어디에나 존재하는 조력자라고 생각해 보세요. 스마트폰에서는 대화나 여행 중에도 즉시 언어 번역이 가능해집니다. 예를 들어, 카메라를 표지판에 대면 모국어로 오버레이가 표시되는 것처럼 말이죠. AR 안경의 경우, 더욱 몰입도가 높습니다. 도시를 거닐다 보면 역사적 사실, 맛집 리뷰, 길 안내 등이 사용자의 관심사에 맞춰 화면에 투사되는 것을 상상해 보세요. 기기를 따로 꺼낼 필요도 없습니다. 엣지 AI는 데이터를 로컬에서 처리하기 때문에 신뢰와 데이터 프라이버시 측면에서 유리합니다.

약속은 엣지 AI 이는 명백하고 설득력이 있지만, 하드웨어적인 과제는 여전히 남아 있습니다.

• 도전 과제 1 – 열: AI 데이터 센터와 마찬가지로 엣지 AI 기기는 MIPS/컴퓨팅이 아닌 열에 제한을 받습니다. 스마트폰은 이미 열 한계에 도달했는데, 엣지 AI 기능은 문제를 더욱 악화시킬 뿐입니다. AR 글래스도 마찬가지로 더 많은 컴퓨팅, 광학, 마이크로 디스플레이가 통합되어 있습니다.
• 과제 2 – 크기/무게/형태 요인: 이는 AR 안경 제조업체가 하루 종일 착용해도 편안한 무게와 필수 전자 장치 및 배터리 수명(성능)을 모두 패션을 우선시하고 세련된 폼 팩터로 균형 있게 구현하는 것을 목표로 하기 때문에 엄청난 과제입니다.
• 과제 3 – 대화형 AI 오디오 품질: 음성은 주요 인터페이스가 될 것입니다특히 AR 글래스를 사용하면 빠르고 핸즈프리로 작동할 수 있습니다. 그러나 기존 코일 스피커는 두껍고 부피가 커서(과제 2 참조) 좁고 제약이 많은 공간에서는 최대 성능을 발휘하지 못합니다. 또한, 부품 간 일관성이 상대적으로 낮아 프라이버시 및 대화 집중 모드와 같은 부가가치가 높은 DSP 기능에 부정적인 영향을 미칩니다.

그럼에도 불구하고, 엣지 디바이스(스마트폰, AR 안경, 기타 모바일 기기)에서 genAI를 실행하려는 열광적인 경쟁이 진행 중입니다. Deloitte의 연구원들 올해 말까지 genAI 기반 스마트폰의 점유율이 출하량의 30%를 넘어설 것으로 예상됩니다. 새로운 종류의 genAI 기반 스마트 안경.

엣지 디바이스의 경우, 솔루션의 일부는 해당 디바이스에 들어가는 전자 장치를 재구성하는 데서 나옵니다.

PiezoMEMS 구성 요소는 에지에서 GenAI를 활성화합니다.

PiezoMEMS 기술은 엣지 디바이스에서 genAI의 과제를 해결합니다. 단순히 기능뿐만 아니라 제작 방식도 중요합니다.

PiezoMEMS는 압전 재료를 사용하여 전기 에너지를 운동 에너지로 변환하는 미세 전기 기계 시스템 기술의 한 분야로, 본질적으로 전압 제어식 공기 흐름원입니다. PiezoMEMS 부품은 신뢰성, 안정성, 그리고 고도로 균일한 반도체 공정으로 제조되어, 1mm 두께의 소형 칩 패키지에 고효율, 저비용 마이크로 전자 부품을 대량 생산할 수 있습니다.

Edge AI 열 관리를 위한 능동 냉각

초음파 압전 MEMS 실리콘 액추에이터는 이제 얇고 공간 제약이 있는 전자 시스템을 냉각하기 위해 완전히 조용하고 진동이 없는 공기 펄스를 펌핑하는 데 사용됩니다. 기본적으로 칩 위의 팬입니다.

엣지 AI 엣지 디바이스를 냉각하는 데에는 엄청난 의미가 있습니다. 최초의 피에조MEMS 마이크로 냉각 팬 기존 팬보다 96% 더 작고 가벼우며, 스마트폰과 AR 안경에 들어갈 만큼 작고 얇은 유일한 능동형 열 관리 장치로, 표면과 구성 요소의 온도를 15~30% 더 낮게 유지하면서도 장시간 동안 컴퓨팅을 최고 성능으로 실행할 수 있습니다.

대화형 AI 인터페이스로서의 PiezoMEMS 라우드스피커

크기와 무게: 피에조 MEMS 라우드스피커는 기존 코일 스피커와 동등하거나 더 나은 음량(음압 레벨[SPL])을 생성할 수 있지만, 크기, 두께, 무게는 훨씬 적습니다. 이 새로운 스피커를 AI 기반 안경에 적용하면 제품 설계자들은 이 글의 앞부분에서 언급했던 궁극적인 목표에 더욱 가까워질 수 있습니다.

두 가지 예를 들어보겠습니다. 첫째, 1mm 두께의 피에조MEMS 스피커는 기존 코일 스피커보다 약 70% 더 얇아 안경다리를 더 얇고 스타일리시하게 만들 수 있습니다.

둘째, 안경의 이상적인 무게는 다음과 같다고 합니다. 30 그램 하루 종일 편안한 착용감을 제공하기 위해 AI 안경에 사용되는 기존 코일 스피커의 무게는 일반적으로 개당 약 2g입니다. 안경 팔걸이에 하나씩(총 4g) 장착된 스피커는 시스템 전체 무게의 약 15%를 차지합니다. 개당 약 150mg의 PiezoMEMS 라우드 스피커는 스피커 무게의 90% 이상을 줄여 AR 안경의 무게를 30g 목표에 더욱 가깝게 만들 수 있습니다.

오디오 선명도. 작은 크기와 무게 외에도 피에조MEMS 라우드스피커는 오디오 경험을 향상시킵니다. 야외에서 충분한 음량을 생성할 뿐만 아니라, 음성 명료도와 선명도 향상과 관련된 고주파수 재생에도 탁월합니다. 피에조MEMS는 기존 스피커 설계보다 빠른 기계적 응답 속도를 제공하고 위상 변화가 거의 없기 때문에 선명하고 디테일하며 정확한 오디오를 제공합니다.

향상된 DSP 기능. 마지막으로, 프라이버시 모드 및 지향성 사운드와 같은 DSP 집약적인 기능들이 피에조 MEMS 라우드스피커에서 더 나은 성능을 발휘합니다. 반도체 공정의 균일성과 일관성 덕분에 이 스피커들은 부품 간 음량 및 위상 매칭이 거의 이상적이어서 DSP 알고리즘 작동에 더욱 예측 가능한 윈도우를 제공합니다. 스피커의 변동성이 적기 때문에 DSP 알고리즘은 처리 오버헤드를 줄이면서 성능을 향상시킬 수 있습니다.

엣지 AI 디바이스의 잠재력을 끌어내다

결국, 생성적 AI의 힘을 소비자용 엣지 기기에 구현하려면 상당한 혁신이 필요합니다. 제조업체는 물리적 한계를 극복해야 할 뿐만 아니라, 폼팩터에 타협하지 않고도 최상의 사용자 경험을 보장해야 합니다.

압전 MEMS 기술의 새로운 혁신은 열적 제약을 제거하고 대화형 AI의 음성 명료도를 개선하는 동시에 엣지 AI 스마트폰과 AR 안경의 스타일(얇음)과 편안함(무게)을 향상시킬 수 있는 가능성을 열어줍니다.

genAI 생태계는 광활하고 상호 연결되어 있습니다. PiezoMEMS는 핵심 요소가 될 수 있습니다.