Tehnologia Necunoscută Din Spatele Noii Generații de Dispozitive Edge AI

Probabil nu ați auzit de piezoMEMS — dar aplicațiile noi ale acestei tehnologii mici, care schimbă jocul, sunt pe punctul de a rescrie viitorul inteligenței artificiale la margine.

În 2023, cercetătorii au estimat că utilizarea inteligenței artificiale generative (genAI) pentru a crea o imagine consumă atâta energie câtă ar fi necesară pentru a încărca un smartphone. Acum, imaginați-vă generând imagini AI cu smartphone-ul dvs.

Pe măsură ce inteligența artificială se mută către dispozitivele de margine, cum ar fi smartphone-urile și ochelarii AR, cele mai convingătoare și răspândite aplicații vor fi probabil legate de experiențe personalizate, contextuale și în timp real. Aceste dispozitive sunt mereu cu noi, astfel încât inteligența artificială poate utiliza senzorii lor — camere, microfoane, GPS, accelerometre — pentru a oferi soluții și experiențe fluente și cu latență scăzută.

Imaginați-vă inteligența artificială ca un tovarăș omniprezent care oferă asistență contextuală în timp real. Pe smartphone, acest lucru ar putea însemna traducere instantanee a limbilor în timpul conversațiilor sau călătoriilor, cum ar fi să îndreptați camera dvs. către un semn și să obțineți o suprapunere în limba dvs. maternă. Pentru ochelarii AR, este și mai interesant — imaginați-vă că mergeți printr-un oraș și aveți proiectate fapte istorice, recenzii de restaurante sau indicații de navigare în câmpul dvs. vizual, toate personalizate în funcție de interesele dvs. și fără a fi nevoie să scoateți un dispozitiv. Deoarece inteligența artificială de margine prelucrează datele local, este un câștig pentru încredere și confidențialitatea datelor.

Deși promisiunea pentru inteligența artificială de margine este evidentă și convingătoare, provocările hardware rămân.

• Provocarea 1 – Termică: La fel ca și centrele de date AI, dispozitivele de margine AI sunt limitate termic, nu limitate de MIPS/calcul. Smartphone-urile sunt deja la limitele termice; caracteristicile de margine AI compun pur și simplu problema. La fel și pentru ochelarii AR, deoarece se integrează mai multă putere de calcul, optică și afișaje mici.
• Provocarea 2 – Dimensiune/Greutate/Factor de Formă: Aceasta este o provocare enormă pentru ochelarii AR, deoarece producătorii caută să echilibreze confortul de purtare pe tot parcursul zilei (greutate) cu performanța necesară (electronică și durată de viață a bateriei) într-un factor de formă stilat și la modă.
• Provocarea 3 – Calitatea Audio a Interfeței Conversaționale AI: Vocea va fi o interfață dominantă, în special cu ochelarii AR, permițând operarea rapidă și fără mâini. Cu toate acestea, difuzoarele convenționale cu bobină sunt groase și voluminoase (a se vedea Provocarea 2) și nu funcționează la potențialul lor maxim în spații strâmte și constrânse. Mai mult, consistența lor relativ slabă de la o piesă la alta afectează negativ funcțiile DSP cu valoare adăugată, cum ar fi modurile de confidențialitate și focalizare a conversației.

În ciuda acestor provocări, goana de a efectua genAI pe dispozitive de margine — smartphone-uri, ochelari AR și alte dispozitive mobile — este în plină desfășurare. Cercetătorii de la Deloitte estimează că cota de piață a smartphone-urilor compatibile cu genAI ar putea depăși 30% din livrări până la sfârșitul acestui an. Fără a mai vorbi de o nouă categorie de ochelari inteligenți cu genAI.

În dispozitivele de margine, o parte a soluției vine din reimaginarea electronicelor care intră în ele.

Componentele PiezoMEMS Permit GenAI la Margine

Tehnologia piezoMEMS abordează provocările genAI în dispozitivele de margine. Nu numai datorită a ceea ce face, ci și datorită modului în care este fabricată.

PiezoMEMS este o aplicație a tehnologiei microsistemelor electro-mecanice care utilizează materiale piezoelectrice pentru a converti energia electrică în mișcare, esențialmente o sursă de aer controlată de voltaj. Componentele piezoMEMS sunt fabricate într-un proces semiconductor fiabil, stabil și extrem de uniform, permițând producția în masă a microelectronicii eficiente, rentabile și sub forma unor pachete de cipuri subțiri de 1 milimetru.

Răcire Activă pentru Managementul Termic al Dispozitivelor de Margine AI

Acum există actuatoare piezoMEMS de siliciu ultrasonice care pot pompa complet silențioase, pulsuri de aer fără vibrații pentru răcirea sistemelor electronice subțiri și spațiale — practic, un ventilator pe un cip.

Implicațiile pentru răcirea dispozitivelor de margine AI sunt profunde. Primul ventilator de răcire piezoMEMS este cu 96% mai mic și mai ușor decât ventilatoarele tradiționale — și este singurul dispozitiv de management termic activ suficient de mic și subțire pentru a se potrivi în interiorul smartphone-urilor și ochelarilor AR, menținând temperaturile suprafeței și componentelor cu 15-30% mai reci, permițând calculul să ruleze la performanță maximă pentru perioade prelungite.

Difuzoarele PiezoMEMS ca Interfață Conversațională AI

Dimensiune și Greutate: difuzoarele piezoMEMS pot produce o sonoritate echivalentă sau superioară (nivel de presiune sonoră [SPL]) ca difuzoarele convenționale cu bobină, dar la o fracțiune din dimensiune, grosime și greutate. Aplicarea acestor difuzoare noi la ochelarii inteligenți AI poate ajuta designerii de produs să se apropie de echilibrul sfânt menționat mai devreme în acest articol.

Iată două exemple. Primul, la 1 milimetru subțire, difuzorul piezoMEMS este cu ~70% mai subțire decât difuzoarele convenționale cu bobină, ceea ce permite brațelor ochelarilor să fie mai subțiri și mai stilosi.

Al doilea, s-a sugerat că greutatea ideală a ochelarilor ar trebui să fie 30 de grame pentru a atinge confortul de purtare pe tot parcursul zilei. În ochelarii inteligenți AI, difuzoarele convenționale cu bobină cântăresc de obicei ~2 grame fiecare. Cu unul în fiecare braț al ochelarilor (4 grame în total), difuzoarele contribuie cu ~15% la greutatea totală a sistemului. Difuzoarele piezoMEMS, la ~150 de miligrame fiecare, pot elimina >90% din greutatea contribuită de difuzoare, aducând ochelarii AR mai aproape de ținta de 30 de grame.

Claritate Audio. În afara dimensiunii sale mici și a greutății, difuzoarele piezoMEMS îmbunătățesc experiența audio. Ele generează nu numai volum suficient în aer liber, dar excelează și la reproducerea frecvențelor înalte asociate de obicei cu o inteligență a vorbirii îmbunătățită și o claritate sporită. Acest lucru se datorează faptului că piezoMEMS oferă un răspuns mecanic mai rapid decât proiectele tradiționale de difuzoare, cu o schimbare de fază aproape inexistentă, ceea ce înseamnă că sunetul este clar, detaliat și precis.

Funcții DSP îmbunătățite. În final, funcțiile intensive de procesare a semnalului, cum ar fi modurile de confidențialitate și sunetul direcționat, vor funcționa mai bine cu difuzoarele piezoMEMS. Datorită uniformității și coerenței procesului semiconductor, aceste difuzoare au o sonoritate și o fază aproape ideale, oferind o fereastră mai previzibilă pentru algoritmul DSP să funcționeze. Cu mai puțină variabilitate de la difuzor, algoritmii DSP pot îmbunătăți performanța cu mai puțină supraîncărcare de procesare.

Deblocarea Potențialului Dispozitivelor de Margine AI

În cele din urmă, va fi nevoie de inovații semnificative pentru a aduce puterea inteligenței artificiale generative la dispozitivele de margine pentru consumatori. Nu numai că producătorii trebuie să învingă fizica, dar trebuie să asigure și cea mai bună experiență posibilă pentru utilizator — fără a compromite factorul de formă.

Noi inovații în tehnologia piezoMEMS deschid posibilități de a elimina constrângerile termice, de a oferi o inteligență a vorbirii îmbunătățită pentru inteligența artificială conversațională, îmbunătățind în același timp stilul (subțire) și confortul (greutate) în smartphone-urile și ochelarii AR de margine.

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