Nieznana technologia za nową generacją urządzeń Edge AI

Możliwe, że nie słyszałeś o piezoMEMS — ale nowe zastosowania tej małej, przełomowej technologii są gotowe zmienić przyszłość AI na krawędzi.

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

Ponieważ AI przechodzi do urządzeń krawędziowych, takich jak smartfony i okulary AR, najbardziej przekonywujące i powszechne zastosowania będą prawdopodobnie krążyć wokół rzeczywistych, personalizowanych i kontekstowo świadomych doświadczeń. Te urządzenia są zawsze z nami, więc AI może wykorzystywać ich sensory — kamery, mikrofony, GPS, akcelerometry — aby dostarczyć bezproblemowe, niskie opóźnienie rozwiązania i doświadczenia.

Wyobraź sobie AI jako wszechobecnego pomocnika dostarczającego rzeczywiste wsparcie kontekstowe. Na smartfonach może to oznaczać natychmiastowe tłumaczenie języka podczas rozmów lub podróży, jak wskazanie kamery na znak i otrzymanie nakładki w Twoim ojczystym języku. Dla okularów AR jest to jeszcze bardziej przydatne — wyobraź sobie spacerowanie po mieście i mając historyczne fakty, recenzje restauracji lub wskazówki nawigacyjne projekowane na Twoje pole widzenia, wszystko dostosowane do Twoich zainteresowań i bez potrzeby wyciągania urządzenia. Ponieważ krawędziowa AI przetwarza dane lokalnie, jest to wygrana dla zaufania i prywatności danych.

Mimo że obietnica krawędziowej AI jest oczywista i przekonywująca, pozostają wyzwania sprzętowe.

• Wyzwanie 1 – Termiczne: Jak AI centra danych, urządzenia krawędziowej AI są ograniczone termicznie, a nie MIPS/obliczeniowo. Smartfony są już na swoich limitach termicznych; funkcje krawędziowej AI zwiększają tylko problem. To samo dotyczy okularów AR, ponieważ więcej obliczeń, optyki i wyświetlaczy jest integrowanych.
• Wyzwanie 2 – Rozmiar/Waga/Wygląd: Jest to ogromne wyzwanie dla okularów AR, ponieważ producenci szukają świętego graala równowagi między komfortem noszenia przez cały dzień (waga) a niezbędnymi elektronikami i czasem pracy baterii (wydajność) w modnym, stylowym wyglądzie.
• Wyzwanie 3 – Jakość dźwięku w AI Konwersacyjnym: Głos będzie dominującym interfejsem, szczególnie z okularami AR, umożliwiającym szybkie, bezrękawiczne działanie. Jednak konwencjonalne głośniki cewkowe są grube i ciężkie (zobacz Wyzwanie 2) i nie działają na pełną moc w ciasnych, ograniczonych przestrzeniach. Ponadto ich względnie słaba spójność części do części negatywnie wpływa na wartość dodaną funkcji DSP, takich jak tryby prywatności i koncentracji rozmowy.

Jednak szalony wyścig do wykonywania genAI na urządzeniach krawędziowych — smartfonach, okularach AR i innych urządzeniach przenośnych — jest w toku. Badacze z Deloitte szacują, że udział smartfonów z genAI może przekroczyć 30 procent wszystkich dostaw do końca tego roku. Nie mówiąc już o nowej kategorii okularów AR z genAI.

W urządzeniach krawędziowych część rozwiązania polega na ponownym wyobrażeniu sobie elektroniki, która wchodzi w ich skład.

Składniki PiezoMEMS umożliwiają genAI na krawędzi

Technologia piezoMEMS rozwiązuje wyzwania genAI w urządzeniach krawędziowych. Nie tylko ze względu na to, co robi, ale jak jest wytwarzana.

PiezoMEMS jest zastosowaniem technologii mikro-elektromechanicznych systemów, które wykorzystują materiały piezoelektryczne do przekształcenia energii elektrycznej w ruch, co jest podstawą źródła powietrza sterowanego napięciem. Składniki piezoMEMS są wytwarzane w niezawodnym, stabilnym i wysoko jednorodnym procesie półprzewodnikowym, umożliwiającym masową produkcję wydajnych, tanich mikroelektroniki w małych, 1-milimetrowych cienkich pakietach.

Aktywne chłodzenie dla zarządzania cieplnego AI krawędzi

Ultradźwiękowe aktywatory piezoMEMS krzemowe są teraz dostępne do pompowania całkowicie cichych, bezwibracyjnych impulsów powietrza w celu chłodzenia cienkich, ograniczonych przestrzennie systemów elektronicznych — podstawie wentylatora na chipie.

Wnioski dla chłodzenia urządzeń krawędziowych AI są ogromne. Pierwszy mikro-wentylator chłodzący piezoMEMS jest 96 procent mniejszy i lżejszy niż tradycyjne wentylatory — i jest to jedyny aktywny urządzenie zarządzania cieplnego, które jest wystarczająco małe i cienkie, aby zmieścić się wewnątrz smartfonów i okularów AR, utrzymując temperatury powierzchni i składników 15-30% chłodniejsze, jednocześnie umożliwiając obliczenia na poziomie szczytowej wydajności przez dłuższy czas.

Głośniki piezoMEMS jako interfejs konwersacyjnego AI

Rozmiar i waga: głośniki piezoMEMS mogą produkować równoważną lub lepszą głośność (poziom ciśnienia dźwięku [SPL]) jak konwencjonalne głośniki cewkowe, ale przy ułamku rozmiaru, grubości i wagi. Zastosowanie tego nowego głośnika do okularów AI pozwala projektantom produktów zbliżyć się do świętego graala równowagi, o którym mowa wcześniej w tym artykule.

Oto dwa przykłady. Po pierwsze, głośnik piezoMEMS o grubości 1 milimetra jest około 70% cieńszy niż konwencjonalne głośniki cewkowe, co pozwala na cieńsze i bardziej stylowe rękojeści okularów.

Po drugie, sugerowano, że idealna waga okularów to 30 gramów, aby osiągnąć komfort noszenia przez cały dzień. W okularach AI konwencjonalne głośniki cewkowe zwykle ważą około 2 gramy każdy. Z jednym w każdym ramieniu okularów (4 gramy łącznie), głośniki przyczyniają się do około 15% całkowitej wagi systemu. Głośniki piezoMEMS, ważące około 150 miligramów każdy, mogą usunąć ponad 90% wagi przyczynianej przez głośniki, przybliżając okulary AR do celu 30 gramów.

Czystość dźwięku. Poza małym rozmiarem i wagą, głośniki piezoMEMS poprawiają również doświadczenie audio. Nie tylko generują wystarczającą głośność w otwartym powietrzu, ale także wyróżniają się odtwarzaniem wysokich częstotliwości zwykle związanych z poprawioną inteligibilnością i klarownością mowy. Jest to spowodowane tym, że piezoMEMS dostarcza szybszą odpowiedź mechaniczną niż tradycyjne projekty głośników z prawie żadnym przesunięciem fazy, co oznacza, że dźwięk jest czysty, szczegółowy i dokładny.

Poprawione funkcje DSP. Wreszcie, funkcje DSP-intensywne, takie jak tryby prywatności i skierowany dźwięk, będą działać lepiej z głośnikami piezoMEMS. Dzięki jednorodności i spójności procesu półprzewodnikowego, te głośniki mają prawie idealną zgodność części do części i dopasowanie fazowe, dostarczając bardziej przewidywalne okno dla algorytmu DSP do działania. Z mniejszą zmiennością głośników, algorytmy DSP mogą poprawić wydajność z mniejszym obciążeniem przetwarzania.

Odblokowanie potencjału urządzeń krawędziowych AI

W końcu, aby przywieźć moc generatywnej AI do urządzeń krawędziowych, potrzeba będzie znaczących innowacji. Nie tylko producenci muszą pokonać fizykę, ale także muszą zapewnić najlepsze możliwe doświadczenie użytkownika — wszystko bez kompromisów w wyglądzie.

Nowe innowacje w technologii piezoMEMS otwierają możliwości usuwania ograniczeń termicznych, dostarczania poprawionej inteligibilności mowy dla konwersacyjnego AI, jednocześnie poprawiając styl (cienki) i komfort (waga) w smartfonach AI krawędziowych i okularach AR.

Ekosystem genAI jest ogromny i połączony. PiezoMEMS może być kluczem do odblokowania.