Неизвестная технология за новым поколением устройств Edge AI

Возможно, вы не слышали о piezoMEMS, но новые применения этой крошечной, революционной технологии готовы изменить будущее ИИ на краю сети.

В 2023 году исследователи оценили, что использование генеративного искусственного интеллекта (genAI) для создания изображения потребовало столько же энергии, сколько зарядка смартфона. Теперь представьте, что вы генерируете изображения ИИ со своим смартфоном.

Когда ИИ переходит на устройства края, такие как смартфоны и очки дополненной реальности, наиболее привлекательные и широко распространенные применения, вероятно, будут вращаться вокруг реальных, персонализированных и контекстно-зависимых опытов. Эти устройства всегда с нами, поэтому ИИ может использовать их датчики – камеры, микрофоны, GPS, акселерометры – для предоставления бесшовных, низко-задержечных решений и опытов.

Представьте себе ИИ как всемогущего помощника, предоставляющего реальную помощь. На смартфонах это может означать мгновенный перевод языка во время разговоров или путешествий, например, указывая камерой на знак и получая наложение на родном языке. Для очков дополненной реальности это еще более привлекательно – представьте, что вы проходите через город и имеете исторические факты, отзывы о ресторанах или навигационные подсказки, проецируемые в ваше поле зрения, все адаптировано к вашим интересам и без необходимости вынимать устройство. Поскольку ИИ на краю сети обрабатывает данные локально, это выигрыш для доверия и конфиденциальности данных.

Хотя обещание ИИ на краю сети очевидно и привлекательно, остаются технические проблемы.

• Проблема 1 – Тепловая: Как и центры обработки данных ИИ, устройства ИИ на краю сети ограничены теплом, а не ограничениями MIPS/вычислениями. Смартфоны уже достигли своих тепловых пределов; функции ИИ на краю сети просто усугубляют проблему. То же самое относится и к очкам дополненной реальности, поскольку в них интегрируются больше вычислительных ресурсов, оптики и микродисплеев.
• Проблема 2 – Размер/Вес/Форм-фактор: Это огромная проблема для очков дополненной реальности, поскольку производители стремятся к святому граалю балансирования комфорта ношения (веса) с необходимыми электронными компонентами и временем автономной работы (производительностью) в модном, стильном форм-факторе.
• Проблема 3 – Качество аудио в разговорном ИИ: Голос будет доминирующим интерфейсом, особенно с очками дополненной реальности, позволяющим быстро и без рук выполнять операции. Однако традиционные динамики с катушкой индуктивности толстые и громоздкие (см. Проблему 2) и не работают на максимальном потенциале в тесных, ограниченных пространствах. Кроме того, их относительно плохая последовательность детали к детали негативно влияет на добавленные функции DSP, такие как режимы конфиденциальности и фокусировки разговора.

Тем не менее, безумная гонка за выполнением genAI на устройствах края – смартфонах, очках дополненной реальности и других мобильных устройствах – продолжается. Исследователи в Deloitte оценивают, что доля смартфонов с поддержкой genAI может превышать 30 процентов от общего количества поставок к концу этого года. Не говоря уже о новой категории очков дополненной реальности с поддержкой genAI.

В устройствах края часть решения заключается в переосмыслении электроники, которая в них используется.

Компоненты piezoMEMS позволяют использовать genAI на краю сети

Технология piezoMEMS решает проблемы genAI в устройствах края. Не только потому, что она делает, но и потому, как она изготовлена.

PiezoMEMS – это применение технологии микроэлектромеханических систем, которая использует пьезоэлектрические материалы для преобразования электрической энергии в движение, по сути, это источник воздушного потока, управляемый напряжением. Компоненты piezoMEMS изготавливаются в надежном, стабильном и высокооднородном полупроводниковом процессе, что позволяет производить массово высокоэффективные и экономически эффективные микроэлектронные компоненты в небольших, 1-миллиметровых тонких пакетах.

Активное охлаждение для термического управления ИИ на краю сети

Существуют ультразвуковые пьезоэлектрические кремниевые актуаторы, которые могут создавать совершенно бесшумные, вибрационные импульсы воздуха для охлаждения тонких, ограниченных по пространству электронных систем – по сути, это вентилятор на кристалле.

Последствия для охлаждения устройств ИИ на краю сети глубоки. Первый микровентилятор piezoMEMS на 96 процентов меньше и легче, чем традиционные вентиляторы – и это единственное активное термическое управляющее устройство, достаточно маленькое и тонкое, чтобы поместиться внутри смартфонов и очков дополненной реальности, поддерживая температуру поверхности и компонентов на 15-30 процентов ниже, при этом позволяя вычислениям работать на пиковой производительности в течение длительного времени.

Динамики piezoMEMS в качестве интерфейса разговорного ИИ

Размер и вес: динамики piezoMEMS могут производить эквивалентную или лучшую громкость (уровень звукового давления) по сравнению с традиционными динамиками с катушкой индуктивности, но при этом они имеют меньший размер, толщину и вес. Применение этого нового динамика к очкам с поддержкой ИИ может помочь дизайнерам продукта приблизиться к святому граалю балансирования, упомянутому ранее в этой статье.

Вот два примера. Первый: динамик piezoMEMS толщиной 1 миллиметр на 70 процентов тоньше, чем традиционные динамики с катушкой индуктивности, что позволяет сделать более тонкие и стильные ручки очков.

Второй: было высказано предположение, что идеальный вес очков должен составлять 30 граммов, чтобы обеспечить комфорт ношения в течение всего дня. В очках с поддержкой ИИ традиционные динамики с катушкой индуктивности обычно весят около 2 граммов каждая. С одной динамикой в каждой ручке очков (4 грамма всего) динамики составляют около 15 процентов от общего веса системы. Динамики piezoMEMS, вес которых составляет около 150 миллиграммов каждая, могут удалить более 90 процентов веса, внесенного динамиками, приближая очки дополненной реальности к цели в 30 граммов.

Ясность аудио. Помимо своего небольшого размера и веса, динамики piezoMEMS улучшают аудиоопыт. Они не только генерируют достаточную громкость в открытом воздухе, но и превосходно воспроизводят высокие частоты, обычно связанные с улучшенной четкостью и ясностью речи. Это связано с тем, что piezoMEMS обеспечивает более быстрый механический отклик, чем традиционные конструкции динамиков, с почти отсутствием фазового сдвига, что означает, что аудио четкое, подробное и точное.

Улучшенные функции DSP. Наконец, функции, интенсивно использующие DSP, такие как режимы конфиденциальности и направленный звук, будут работать лучше с динамиками piezoMEMS. Благодаря однородности и последовательности полупроводникового процесса эти динамики имеют почти идеальное соответствие громкости и фазы детали к детали, обеспечивая более предсказуемое окно для алгоритма DSP. С меньшей вариабельностью динамика алгоритмы DSP могут улучшить производительность с меньшим объемом обработки.

Разблокирование потенциала устройств ИИ на краю сети

В конце концов, для того, чтобы привнести силу генеративного ИИ в потребительские устройства края, потребуется значительная инновация. Не только производителям необходимо преодолеть физические ограничения, но и обеспечить лучший возможный опыт пользователя – все без компромисса по форм-фактору.

Новые инновации в технологии piezoMEMS открывают возможности для удаления тепловых ограничений, улучшения четкости речи для разговорного ИИ, а также улучшения стиля (тонкости) и комфорта (веса) в смартфонах и очках дополненной реальности с поддержкой ИИ.

Экосистема genAI обширна и взаимосвязана. PiezoMEMS может стать ключевым фактором.