Nieznana technologia stojąca za nową generacją urządzeń Edge AI

Być może nie słyszałeś o technologii piezoMEMS — ale nowe zastosowania tej niewielkiej, przełomowej technologii są gotowe zmienić przyszłość sztucznej inteligencji na brzegu sieci.

W 2023, oszacowali badacze że użycie generatywnej sztucznej inteligencji (genAI) do stworzenia obrazu zużywa tyle samo energii, co ładowanie smartfona. Teraz wyobraź sobie generowanie obrazów AI za pomocą smartfona.

Wraz z przejściem AI na urządzenia brzegowe, takie jak smartfony i okulary AR, najbardziej przekonujące i powszechne zastosowania prawdopodobnie będą dotyczyć doświadczeń w czasie rzeczywistym, spersonalizowanych i uwzględniających kontekst. Te urządzenia są zawsze z nami, więc AI może wykorzystać ich czujniki – kamery, mikrofony, GPS, akcelerometry – aby dostarczać płynne rozwiązania i doświadczenia o niskim opóźnieniu.

Wyobraź sobie AI jako wszechobecnego pomocnika zapewniającego kontekstową pomoc w czasie rzeczywistym. Na smartfonach może to oznaczać natychmiastowe tłumaczenie języka podczas rozmów lub podróży, np. skierowanie aparatu na znak i uzyskanie nakładki w ojczystym języku. W przypadku okularów AR jest to jeszcze bardziej lepkie – wyobraź sobie spacer po mieście i wyświetlanie na ekranie faktów historycznych, recenzji restauracji lub wskazówek nawigacyjnych, dostosowanych do Twoich zainteresowań i bez konieczności wyciągania urządzenia. Ponieważ AI krawędziowa przetwarza dane lokalnie, jest to korzystne dla zaufania i prywatności danych.

Chociaż obietnica dla krawędź AI jest oczywiste i przekonujące, pozostają jednak wyzwania sprzętowe.

• Wyzwanie 1 – Termiczne: Podobnie jak centra danych AI, urządzenia Edge AI są ograniczone termicznie, a nie MIPS/obliczeniowo. Smartfony są już na granicy swoich termicznych możliwości; funkcje Edge AI jedynie pogłębiają problem. To samo dotyczy okularów AR, ponieważ integruje się więcej obliczeń, optyki i mikrowyświetlaczy.
• Wyzwanie 2 – Rozmiar/waga/forma:To ogromne wyzwanie dla okularów AR, ponieważ producenci starają się znaleźć złoty środek: zapewnić równowagę między całodziennym komfortem noszenia (wagą) a niezbędną elektroniką i żywotnością baterii (wydajnością), a wszystko to w stylowej, modnej formie.
• Wyzwanie 3 – Jakość dźwięku konwersacyjnego AI: Głos będzie dominującym interfejsem, szczególnie z okularami AR, umożliwiając szybką obsługę bez użycia rąk. Jednak konwencjonalne głośniki cewkowe są grube i nieporęczne (patrz Wyzwanie 2) i nie działają z maksymalną wydajnością w ciasnych, ograniczonych przestrzeniach. Ponadto ich stosunkowo słaba spójność części do części negatywnie wpływa na funkcje DSP o wartości dodanej, takie jak tryby prywatności i skupienia na rozmowie.

Mimo to, szaleńczy pęd do wdrożenia genAI na urządzeniach brzegowych – smartfonach, okularach AR i innych urządzeniach mobilnych – trwa. Naukowcy z Deloitte szacuje się, że udział smartfonów z obsługą genAI może przekroczyć 30 procent dostaw do końca tego roku. Nie wspominając o nowa kategoria inteligentnych okularów z technologią genAI.

W przypadku urządzeń brzegowych część rozwiązania polega na przeprojektowaniu elektroniki, w której się znajdują.

Komponenty PiezoMEMS umożliwiają GenAI na krawędzi

Technologia PiezoMEMS rozwiązuje problemy genAI w urządzeniach brzegowych. Nie tylko ze względu na to, co robi, ale także sposób, w jaki jest wykonana.

PiezoMEMS to aplikacja technologii mikroelektromechanicznych systemów, która wykorzystuje materiały piezoelektryczne do przekształcania energii elektrycznej w ruch, zasadniczo źródło przepływu powietrza sterowane napięciem. Komponenty PiezoMEMS są produkowane w niezawodnym, stabilnym i wysoce jednorodnym procesie półprzewodnikowym, co umożliwia masową produkcję wysoce wydajnej, ekonomicznej mikroelektroniki w małych, 1-milimetrowych pakietach chipów.

Aktywne chłodzenie dla Edge AI Thermal Management

Obecnie istnieją ultradźwiękowe siłowniki krzemowe piezoMEMS, które pompują całkowicie ciche, wolne od wibracji impulsy powietrza w celu chłodzenia cienkich, ograniczonych przestrzennie układów elektronicznych – w zasadzie są to wentylatory na układzie scalonym.

Konsekwencje dla chłodzenia urządzeń brzegowych AI są dalekosiężne. Pierwszy mikrowentylator chłodzący piezoMEMS jest o 96 procent mniejszy i lżejszy od tradycyjnych wentylatorów – i jest jedynym aktywnym urządzeniem do zarządzania temperaturą, które jest na tyle małe i cienkie, że mieści się w smartfonach i okularach AR, utrzymując temperaturę powierzchni i podzespołów niższą o 15–30%, jednocześnie umożliwiając komputerom pracę z maksymalną wydajnością przez dłuższy czas.

Głośniki PiezoMEMS jako interfejs konwersacyjnej sztucznej inteligencji

Rozmiar i waga: głośniki piezoMEMS mogą wytwarzać taką samą lub lepszą głośność (poziom ciśnienia akustycznego [SPL]) jak konwencjonalne głośniki cewkowe, ale przy ułamku rozmiaru, grubości i wagi. Zastosowanie tego nowego głośnika w okularach z obsługą AI może przybliżyć projektantów produktów do równowagi świętego Graala, o której wspomniano wcześniej w tym artykule.

Oto dwa przykłady. Po pierwsze, przy grubości 1 milimetra głośnik piezoMEMS jest o ~70% cieńszy od konwencjonalnych głośników cewkowych, co pozwala na cieńsze i bardziej stylowe ramiona okularów.

Po drugie, zasugerowano, że idealna waga okularów wynosi Gramów 30 aby zapewnić całodzienny komfort noszenia. W okularach AI konwencjonalne głośniki cewkowe ważą zazwyczaj ~2 gramy każdy. Z jednym w każdym ramieniu okularów (łącznie 4 gramy), głośniki przyczyniają się do ~15% całkowitej wagi systemu. Głośniki PiezoMEMS, ważące ~150 miligramów każdy, mogą usunąć >90% wagi wnoszonej przez głośniki, zbliżając okulary AR do docelowej wagi 30 gramów.

Czystość dźwięku. Oprócz niewielkich rozmiarów i wagi, głośniki piezoMEMS poprawiają wrażenia dźwiękowe. Nie tylko generują wystarczającą głośność na otwartej przestrzeni, ale także doskonale odtwarzają wysokie częstotliwości, które zwykle są kojarzone z lepszą zrozumiałością i klarownością mowy. Dzieje się tak, ponieważ piezoMEMS zapewnia szybszą reakcję mechaniczną niż tradycyjne konstrukcje głośników, niemal bez przesunięcia fazowego, co oznacza, że ​​dźwięk jest czysty, szczegółowy i dokładny.

Ulepszone funkcje DSP. Wreszcie funkcje intensywnie wykorzystujące DSP, takie jak tryby prywatności i dźwięk kierunkowy, będą działać lepiej z głośnikami piezoMEMS. Dzięki jednorodności i spójności procesu półprzewodnikowego głośniki te mają niemal idealną głośność części do części i dopasowanie fazowe, zapewniając bardziej przewidywalne okno dla działania algorytmu DSP. Dzięki mniejszej zmienności głośnika algorytmy DSP mogą zwiększyć wydajność przy mniejszym narzucie przetwarzania.

Odblokowanie potencjału urządzeń Edge AI

Ostatecznie, potrzeba będzie znacznej innowacji, aby wprowadzić moc generatywnej AI do urządzeń brzegowych konsumentów. Producenci muszą nie tylko przezwyciężyć fizykę, ale także zapewnić najlepsze możliwe doświadczenie użytkownika – wszystko to bez uszczerbku dla współczynnika kształtu.

Nowe innowacje w technologii piezoMEMS otwierają możliwości eliminacji ograniczeń termicznych, zapewniają lepszą zrozumiałość mowy w konwersacyjnych rozwiązaniach AI, a jednocześnie zwiększają styl (smukłość) i wygodę (wagę) smartfonów z technologią AI i okularów AR.

Ekosystem genAI jest rozległy i powiązany. PiezoMEMS może być kluczowym czynnikiem umożliwiającym.