Tehnologia necunoscută din spatele unei noi generații de dispozitive AI Edge

Poate că nu ați auzit de piezoMEMS, dar aplicațiile inovatoare ale acestei tehnologii minuscule, revoluționare, sunt pe cale să remodeleze viitorul inteligenței artificiale la periferie.

În 2023, cercetătorii au estimat că utilizarea inteligenței artificiale generative (genAI) pentru a crea o imagine ar necesita la fel de multă energie ca încărcarea unui smartphone. Acum, imaginați-vă că generați imagini cu inteligență artificială cu ajutorul smartphone-ului dumneavoastră.

Pe măsură ce inteligența artificială se transformă în dispozitive edge, precum smartphone-urile și ochelarii AR, cele mai atractive și răspândite aplicații se vor învârti probabil în jurul unor experiențe în timp real, personalizate și contextuale. Aceste dispozitive sunt mereu alături de noi, astfel încât inteligența artificială poate valorifica senzorii lor - camere, microfoane, GPS, accelerometre - pentru a oferi soluții și experiențe fără probleme, cu latență redusă.

Gândește-te la inteligența artificială ca la un asistent omniprezent care oferă asistență contextuală în timp real. Pe smartphone-uri, aceasta ar putea însemna traducerea instantanee a limbii în timpul conversațiilor sau al călătoriilor, cum ar fi îndreptarea camerei către un indicator și obținerea unei suprapuneri în limba ta maternă. Pentru ochelarii AR, este și mai dificil - imaginează-ți că te plimbi printr-un oraș și că ai informații istorice, recenzii ale restaurantelor sau indicii de navigare proiectate în câmpul vizual, toate adaptate intereselor tale și fără a fi nevoie să scoți un dispozitiv. Deoarece inteligența artificială de la marginea orașului procesează datele local, este un câștig pentru încredere și confidențialitatea datelor.

În timp ce promisiunea pentru margine AI este evident și convingător, provocările hardware rămân.

• Provocarea 1 – TermicăLa fel ca centrele de date AI, dispozitivele AI de la margine sunt limitate termic, nu limitate de MIPS/compute. Smartphone-urile au deja atins limitele lor termice; funcțiile AI de la margine nu fac decât să agraveze problema. La fel și în cazul ochelarilor AR, deoarece sunt integrate mai multe componente de calcul, optică și micro-afișe.
• Provocarea 2 – Dimensiune/Greutate/Factor de formăAceasta este o provocare enormă pentru ochelarii AR, deoarece producătorii caută scopul suprem de a echilibra confortul la purtare pe tot parcursul zilei (greutatea) cu componentele electronice necesare și durata de viață a bateriei (performanța), toate într-un factor de formă elegant, axat pe modă pe primul loc.
• Provocarea 3 – Calitatea audio conversațională prin inteligență artificială: Vocea va fi o interfață dominantă, în special cu ochelari AR, permițând operare rapidă, hands-free. Cu toate acestea, difuzoarele convenționale cu bobină sunt groase și voluminoase (vezi Provocarea 2) și nu își ating potențialul maxim în spații înguste și restricționate. În plus, consistența lor relativ slabă de la o componentă la alta are un impact negativ asupra caracteristicilor DSP cu valoare adăugată, cum ar fi modurile de confidențialitate și concentrare asupra conversației.

Totuși, goana nebună de a implementa inteligența artificială generată (genAI) pe dispozitivele edge – smartphone-uri, ochelari AR și alte dispozitive mobile – este în desfășurare. Cercetătorii de la Deloitte estimează că ponderea smartphone-urilor cu inteligență artificială gen ar putea depăși 30% din livrări până la sfârșitul acestui an. Ca să nu mai vorbim de o nouă categorie de ochelari inteligenți cu inteligență artificială gen.

În cazul dispozitivelor edge, o parte a soluției vine din reimaginarea electronicelor care le integrează.

Componentele PiezoMEMS permit GenAI la margine

Tehnologia PiezoMEMS abordează provocările genAI în dispozitivele edge. Nu doar datorită a ceea ce face, ci și modului în care este fabricată.

PiezoMEMS este o aplicație a tehnologiei sistemelor microelectromecanice care utilizează materiale piezoelectrice pentru a converti energia electrică în mișcare, practic o sursă de flux de aer controlată prin tensiune. Componentele PiezoMEMS sunt fabricate într-un proces de semiconductori fiabil, stabil și extrem de uniform, permițând producția în masă de microelectronice extrem de eficiente și rentabile în capsulare de cipuri mici, subțiri de 1 milimetru.

Răcire activă pentru management termic Edge AI

Actuatoarele cu ultrasunete din siliciu piezoMEMS există acum pentru a pompa impulsuri de aer complet silențioase și fără vibrații, în scopul răcirii sistemelor electronice subțiri și cu constrângeri de spațiu - practic un ventilator pe un cip.

Implicațiile pentru răcirea dispozitivelor AI de la marginea orașului sunt profunde. Primul micro-ventilator de răcire piezoMEMS este cu 96% mai mic și mai ușor decât ventilatoarele tradiționale – și este singurul dispozitiv activ de gestionare termică suficient de mic și subțire pentru a încăpea în smartphone-uri și ochelari AR, menținând temperaturile suprafeței și ale componentelor cu 15-30% mai scăzute, permițând în același timp funcționarea la performanțe maxime a sistemului de calcul pentru perioade lungi de timp.

Difuzoare PiezoMEMS ca interfață conversațională cu inteligență artificială

Dimensiune și greutate: boxele piezoMEMS pot produce un volum (nivel de presiune sonoră [SPL]) echivalent sau mai bun decât boxele convenționale cu bobină, dar la o fracțiune din dimensiunea, grosimea și greutatea. Aplicarea acestui nou difuzor la ochelarii cu inteligență artificială poate aduce designerii de produse mai aproape de echilibrul ideal menționat anterior în acest articol.

Iată două exemple. În primul rând, cu o grosime de 1 milimetru, difuzorul piezoMEMS este cu aproximativ 70% mai subțire decât difuzoarele convenționale cu bobină, ceea ce permite ca brațele ochelarilor să fie mai subțiri și mai elegante.

În al doilea rând, s-a sugerat că greutatea ideală a ochelarilor este 30 g pentru a obține confort la purtare pe tot parcursul zilei. În cazul ochelarilor cu inteligență artificială, difuzoarele convenționale cu bobină cântăresc de obicei ~2 grame fiecare. Cu câte unul în fiecare braț al ochelarilor (4 grame în total), difuzoarele contribuie cu ~15% din greutatea totală a sistemului. Difuzoarele PiezoMEMS, cu ~150 de miligrame fiecare, pot elimina >90% din greutatea contribuită de difuzoare, aducând ochelarii cu inteligență artificială mai aproape de obiectivul de 30 de grame.

Claritate audio. Pe lângă dimensiunile și greutatea reduse, difuzoarele piezoMEMS îmbunătățesc experiența audio. Nu numai că generează un volum suficient în aer liber, dar excelează și în reproducerea frecvențelor înalte asociate de obicei cu o inteligibilitate și o claritate îmbunătățite a vorbirii. Acest lucru se datorează faptului că piezoMEMS oferă un răspuns mecanic mai rapid decât modelele tradiționale de difuzoare, aproape fără defazaj, ceea ce înseamnă că sunetul este clar, detaliat și precis.

Funcții DSP îmbunătățite. În cele din urmă, funcțiile DSP intensive, cum ar fi modurile de confidențialitate și sunetul direcționat, vor funcționa mai bine cu difuzoarele piezoMEMS. Datorită uniformității și consecvenței procesului semiconductor, aceste difuzoare au o intensitate sonoră și o potrivire de fază aproape ideale, oferind o fereastră mai previzibilă pentru funcționarea algoritmului DSP. Cu o variabilitate mai mică din partea difuzorului, algoritmii DSP pot îmbunătăți performanța cu un cost suplimentar de procesare mai mic.

Deblocarea potențialului dispozitivelor AI Edge

În cele din urmă, va fi nevoie de o inovație semnificativă pentru a aduce puterea inteligenței artificiale generative pe dispozitivele de consum. Producătorii nu trebuie doar să depășească fizica, ci trebuie să asigure și cea mai bună experiență posibilă pentru utilizator - totul fără a compromite factorul de formă.

Noile inovații în tehnologia piezoMEMS deschid posibilități de eliminare a constrângerilor termice, oferă o inteligibilitate vocală îmbunătățită pentru inteligența artificială conversațională, sporind în același timp stilul (subțire) și confortul (greutatea) smartphone-urilor cu inteligență artificială de la marginea ecranului și a ochelarilor AR.

Ecosistemul genAI este vast și interconectat. PiezoMEMS poate fi un factor cheie.