Неизвестная технология за новым поколением устройств Edge AI

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

В 2023 году исследователи оценили, что использование генеративного искусственного интеллекта (генИИ) для создания изображения потребовало столько же энергии, сколько зарядка смартфона. Теперь представьте, что вы генерируете изображения ИИ с помощью своего смартфона.

Когда ИИ переходит на устройства края, такие как смартфоны и очки дополненной реальности, наиболее привлекательные и широко распространенные применения, скорее всего, 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, низкозадержных решений и опытов.

Представьте себе ИИ как всеприсутствующего помощника, предоставляющего реальную контекстную помощь. На смартфонах это может означать мгновенный перевод языка во время разговоров или путешествий, например, наведение камеры на знак и получение наложения 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 края обрабатывает данные локально, это победа для доверия и конфиденциальности данных.

Хотя обещание ИИ края очевидно и привлекательно, остаются проблемы с аппаратным обеспечением.

• Проблема 1 – Тепловая: Как и центры обработки данных ИИ, устройства ИИ края ограничены теплом, а не MIPS/вычислениями. Смартфоны уже находятся на своих тепловых пределах; функции ИИ края просто усугубляют проблему. То же самое относится и к очкам дополненной реальности, поскольку в них интегрируются больше вычислений, оптики и микродисплеев.
• Проблема 2 – Размер/Вес/Форм-фактор: Это огромная проблема для очков дополненной реальности, поскольку производители стремятся к идеальному балансу между комфортом ношения в течение всего дня (весом) и необходимыми электронными компонентами и сроком службы батареи (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 толстые и громоздкие (см. Проблему 2) и не работают на максимальном потенциале в тесных, ограниченных пространствах. Кроме того, их относительно плохая последовательность деталей отрицательно влияет на функции DSP, такие как режимы конфиденциальности и фокусировки разговора.

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

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

Компоненты пьезоMEMS позволяют использовать генИИ на краю

Технология пьезоMEMS решает проблемы генИИ в устройствах края. Не только потому, что она делает, но и потому, как она сделана.

ПьезоMEMS — это применение технологии микроэлектромеханических систем, которая использует пьезоэлектрические материалы для преобразования электрической энергии в движение, по сути, это источник воздушного потока, управляемый напряжением. Компоненты пьезоMEMS изготавливаются в надежном, стабильном и высоко.uniformном полупроводниковом процессе, что позволяет производить массово высокоэффективные, экономически эффективные микроэлектронику в небольших, 1-миллиметровых тонких пакетах чипов.

Активное охлаждение для управления теплом ИИ края

Ультразвуковые пьезоMEMS-актуаторы из кремния теперь существуют для создания совершенно бесшумных, вибрационных импульсов воздуха для цели охлаждения тонких, ограниченных электронных систем — по сути, это вентилятор на кристалле.

Последствия для охлаждения устройств ИИ края глубоки. Первый микровентилятор пьезоMEMS на 96 процентов меньше и легче, чем традиционные вентиляторы — и это единственное устройство активного термического управления, достаточно маленькое и тонкое, чтобы поместиться внутрь смартфонов и очков дополненной реальности, поддерживая поверхность и температуру компонентов на 15-30 процентов прохладнее, а также позволяя вычислениям работать на пиковой производительности в течение длительных периодов.

Динамики пьезоMEMS в качестве интерфейса разговорного ИИ

Размер и вес: динамики пьезоMEMS могут производить эквивалентную или лучшую громкость (уровень звукового давления [SPL]) по сравнению с традиционными динамиками с катушкой, но при этом они имеют меньший размер, толщину и вес. Применение этого нового динамика к очкам дополненной реальности с поддержкой ИИ может помочь дизайнерам продукции приблизиться к идеальному балансу, упомянутому ранее в этой статье.

Вот два примера. Во-первых, динамик пьезоMEMS толщиной 1 миллиметр на 70 процентов тоньше, чем традиционные динамики с катушкой, что позволяет сделать руки очков тоньше и более стильными.

Во-вторых, было высказано предположение, что идеальный вес очков составляет 30 граммов, чтобы достичь комфорта ношения в течение всего дня. В очках дополненной реальности традиционные динамики с катушкой обычно весят около 2 граммов каждый. С одним динамиком в каждой руке очков (4 грамма всего) динамики вносят вклад около 15 процентов от общего веса системы. Динамики пьезоMEMS, каждый из которых весит около 150 миллиграммов, могут удалить более 90 процентов веса, внесенного динамиками, приближая очки дополненной реальности к целевому весу 30 граммов.

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

Улучшенные функции DSP. Наконец, функции, интенсивно использующие DSP, такие как режимы конфиденциальности и направленный звук, будут работать лучше с динамиками пьезоMEMS. Благодаря.uniformности и последовательности полупроводникового процесса, эти динамики имеют почти идеальное соответствие громкости и фазы, что обеспечивает более предсказуемое окно для работы алгоритма DSP. С меньшей изменчивостью динамиков алгоритмы DSP могут улучшить производительность с меньшей нагрузкой на обработку.

Раскрытие потенциала устройств ИИ края

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

Новые инновации в технологии пьезоMEMS открывают возможности для удаления тепловых ограничений, обеспечения улучшенной разборчивости речи для разговорного ИИ, а также улучшения стиля (тонкости) и комфорта (веса) в смартфонах и очках дополненной реальности ИИ края.

Экосистема генИИ огромна и взаимосвязана. ПьезоMEMS может быть ключевым фактором.