A tecnologia desconhecida por trás de uma nova geração de dispositivos de IA de ponta

Você pode não ter ouvido falar de piezoMEMS, mas novas aplicações dessa pequena tecnologia revolucionária estão prontas para remodelar o futuro da IA ​​na ponta.

Em 2023, foi fundada a pesquisadores estimaram que usar inteligência artificial generativa (genAI) para criar uma imagem consumia tanta energia quanto carregar um smartphone. Agora, imagine gerar imagens de IA com seu smartphone.

À medida que a IA migra para dispositivos de ponta, como smartphones e óculos de realidade aumentada, as aplicações mais atraentes e difundidas provavelmente girarão em torno de experiências em tempo real, personalizadas e sensíveis ao contexto. Esses dispositivos estão sempre conosco, então a IA pode aproveitar seus sensores – câmeras, microfones, GPS, acelerômetros – para fornecer soluções e experiências integradas e de baixa latência.

Pense na IA como uma companheira onipresente que fornece assistência contextual em tempo real. Em smartphones, isso pode significar tradução instantânea de idiomas durante conversas ou viagens, como apontar a câmera para uma placa e obter uma sobreposição em sua língua nativa. Para óculos de realidade aumentada, a situação é ainda mais complexa: imagine caminhar por uma cidade e ter fatos históricos, avaliações de restaurantes ou dicas de navegação projetadas em sua tela, tudo adaptado aos seus interesses e sem a necessidade de usar um dispositivo. Como a IA de ponta processa os dados localmente, isso representa uma vitória para a confiança e a privacidade dos dados.

Embora a promessa para borda AI é óbvio e convincente, os desafios de hardware permanecem.

• Desafio 1 – TérmicoAssim como os data centers de IA, os dispositivos de IA de ponta têm limitação térmica, não de MIPS/computação. Os smartphones já estão no limite térmico; os recursos de IA de ponta apenas agravam o problema. O mesmo vale para óculos de realidade aumentada, já que mais computação, óptica e microdisplays são integrados.
• Desafio 2 – Tamanho/Peso/Fator de Forma: Este é um enorme desafio para os óculos de realidade aumentada, pois os fabricantes buscam o Santo Graal de equilibrar o conforto durante o uso diário (peso) com os componentes eletrônicos necessários e a duração da bateria (desempenho), tudo em um formato estiloso e que prioriza a moda.
• Desafio 3 – Qualidade de áudio da IA ​​conversacional: A voz será uma interface dominante, especialmente com óculos de realidade aumentada, permitindo uma operação rápida e sem o uso das mãos. No entanto, os alto-falantes de bobina convencionais são grossos e volumosos (veja o Desafio 2) e não atingem seu potencial máximo em espaços apertados e restritos. Além disso, sua consistência relativamente baixa entre as partes impacta negativamente os recursos de DSP de valor agregado, como os modos de privacidade e foco na conversa.

Ainda assim, a corrida louca para executar genAI em dispositivos de ponta – smartphones, óculos de realidade aumentada e outros dispositivos móveis – está em andamento. Pesquisadores da Deloitte estimam que a participação de smartphones habilitados para genAI pode ultrapassar 30% das remessas até o final deste ano. Sem falar de uma nova categoria de óculos inteligentes com tecnologia genAI.

Em dispositivos de ponta, parte da solução vem da reinvenção dos componentes eletrônicos que os compõem.

Componentes PiezoMEMS habilitam GenAI na borda

A tecnologia PiezoMEMS aborda os desafios da IA ​​Gen em dispositivos de ponta. Não apenas pelo que faz, mas também pela forma como é fabricada.

PiezoMEMS é uma aplicação da tecnologia de sistemas microeletromecânicos que utiliza materiais piezoelétricos para converter energia elétrica em movimento, essencialmente uma fonte de fluxo de ar controlada por tensão. Os componentes PiezoMEMS são fabricados por meio de um processo semicondutor confiável, estável e altamente uniforme, permitindo a produção em massa de microeletrônica altamente eficiente e econômica em pequenos encapsulamentos de chips com espessura de 1 milímetro.

Resfriamento ativo para gerenciamento térmico Edge AI

Atuadores piezoMEMS de silício ultrassônicos agora existem para bombear pulsos de ar completamente silenciosos e sem vibração, com o propósito de resfriar sistemas eletrônicos finos e com espaço limitado — basicamente um ventilador em um chip.

As implicações para o resfriamento de dispositivos de IA de ponta são profundas. O primeiro microventilador piezoMEMS é 96% menor e mais leve que os ventiladores tradicionais – e é o único dispositivo de gerenciamento térmico ativo pequeno e fino o suficiente para caber dentro de smartphones e óculos de realidade aumentada, mantendo as temperaturas da superfície e dos componentes 15-30% mais frias, ao mesmo tempo que permite que a computação funcione com desempenho máximo por longos períodos.

Alto-falantes PiezoMEMS como interface de IA conversacional

Tamanho e peso: alto-falantes piezoMEMS podem produzir um nível de pressão sonora (nível de pressão sonora [NPS]) equivalente ou superior ao dos alto-falantes de bobina convencionais, mas com uma fração do tamanho, espessura e peso. A aplicação deste novo alto-falante a óculos com IA pode aproximar os designers de produto do equilíbrio perfeito mencionado anteriormente neste artigo.

Aqui estão dois exemplos. Primeiro, com 1 milímetro de espessura, o alto-falante piezoMEMS é ~70% mais fino do que os alto-falantes de bobina convencionais, o que permite que as hastes dos óculos sejam mais finas e elegantes.

Em segundo lugar, foi sugerido que o peso ideal dos óculos é 30 gramas para proporcionar conforto durante todo o dia. Em óculos de IA, os alto-falantes convencionais com bobina pesam normalmente cerca de 2 gramas cada. Com um em cada braço dos óculos (4 gramas no total), os alto-falantes contribuem com cerca de 15% do peso total do sistema. Os alto-falantes PiezoMEMS, com cerca de 150 miligramas cada, podem remover mais de 90% do peso dos alto-falantes, aproximando os óculos de RA da meta de 30 gramas.

Clareza de Áudio. Além do tamanho e do peso reduzidos, os alto-falantes piezoMEMS aprimoram a experiência de áudio. Eles não apenas geram volume suficiente ao ar livre, como também se destacam na reprodução das altas frequências tipicamente associadas à melhor inteligibilidade e clareza da fala. Isso ocorre porque os piezoMEMS oferecem uma resposta mecânica mais rápida do que os designs de alto-falantes tradicionais, com praticamente nenhuma mudança de fase, o que significa que o áudio é claro, detalhado e preciso.

Recursos DSP aprimorados. Por fim, recursos intensivos de DSP, como modos de privacidade e som direcionado, terão melhor desempenho com alto-falantes piezoMEMS. Graças à uniformidade e consistência do processo semicondutor, esses alto-falantes apresentam sonoridade e correspondência de fase entre partes quase ideais, proporcionando uma janela mais previsível para a operação do algoritmo DSP. Com menos variabilidade do alto-falante, os algoritmos DSP podem aprimorar o desempenho com menos sobrecarga de processamento.

Desbloqueando o potencial dos dispositivos de IA de ponta

No fim das contas, será necessária uma inovação significativa para levar o poder da IA ​​generativa aos dispositivos de ponta do consumidor. Os fabricantes não só precisam superar a física, como também garantir a melhor experiência possível ao usuário – tudo isso sem comprometer o formato.

Novas inovações na tecnologia piezoMEMS abrem possibilidades para remover restrições térmicas, fornecer melhor inteligibilidade de fala para IA conversacional e, ao mesmo tempo, melhorar o estilo (fino) e o conforto (peso) em smartphones com IA de ponta e óculos de RA.

O ecossistema genAI é vasto e interligado. Os PiezoMEMS podem ser um facilitador fundamental.