ผู้นำทางความคิด
เทคโนโลยีที่ไม่รู้จักเบื้องหลังอุปกรณ์ Edge AI รุ่นใหม่
คุณอาจไม่เคยได้ยินเกี่ยวกับ piezoMEMS — แต่การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีที่เล็กและเปลี่ยนแปลงเกมนี้อย่างใหม่ๆ มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนแปลงอนาคตของ AI ที่ขอบ (edge) ได้
ในปี 2023 นักวิจัยได้ประมาณการ ว่า การใช้ AI ที่สร้างภาพ (genAI) เพื่อสร้างภาพหนึ่งภาพใช้พลังงานเท่ากับการชาร์จสมาร์ทโฟน Now, ลองนึกภาพการสร้างภาพ AI ด้วยสมาร์ทโฟนของคุณ
เมื่อ AI ย้ายไปที่อุปกรณ์ขอบ (edge) เช่น สมาร์ทโฟนและแว่น AR (Augmented Reality) การใช้งานที่น่าสนใจและแพร่หลายที่สุดมีแนวโน้มจะเกี่ยวข้องกับประสบการณ์ที่มีการตอบสนองแบบเรียลไทม์ (real-time) ส่วนบุคคล และตระหนักถึงบริบท (context-aware) อุปกรณ์เหล่านี้อยู่กับเราเสมอ ดังนั้น AI จึงสามารถใช้เซ็นเซอร์ของอุปกรณ์ — กล้อง камيرا ไมโครโฟน GPS ระบบเร่งความเร็ว (accelerometers) — เพื่อมอบโซลูชันและประสบการณ์ที่มีการตอบสนองแบบเรียลไทม์ (low-latency) ที่ไม่มีการหยุดชะงัก
ลองนึกภาพ AI เป็นเพื่อนร่วมทางที่ให้ความช่วยเหลือแบบเรียลไทม์ (real-time) ที่มีบริบท (contextual) บนสมาร์ทโฟน สิ่งนี้อาจหมายถึงการแปลภาษาแบบเรียลไทม์ระหว่างการสนทนาหรือการเดินทาง เช่น การชี้กล้องไปที่ป้ายและได้รับภาพซ้อน (overlay) ในภาษาแม่ของคุณ สำหรับแว่น AR สิ่งนี้ยิ่งไปกว่านั้น — ลองนึกภาพการเดินผ่านเมืองและได้รับข้อมูลทางประวัติศาสตร์ รีวิวร้านอาหาร หรือข้อมูลการนำทางที่ถูกฉายเข้าไปในมุมมองของคุณ ทั้งหมดนี้ถูกปรับให้เหมาะสมกับความสนใจของคุณและไม่ต้องดึงอุปกรณ์ออกมา เนื่องจาก AI ที่ขอบ (edge AI) ประมวลผลข้อมูลที่อุปกรณ์ (locally) จึงเป็นชัยชนะสำหรับความไว้วางใจและความเป็นส่วนตัวของข้อมูล
ในขณะที่ความหวังสำหรับ edge AI นั้นชัดเจนและน่าสนใจ แต่ยังมี挑战ด้านฮาร์ดแวร์ที่ยังคงอยู่
- ความท้าทายที่ 1 – อุณหภูมิ: เช่นเดียวกับศูนย์ข้อมูล AI อุปกรณ์ AI ที่ขอบ (edge) มีข้อจำกัดด้านอุณหภูมิ ไม่ใช่ MIPS/การประมวลผล สมาร์ทโฟนอยู่ที่ขีดจำกัดอุณหภูมิของมันแล้ว คุณสมบัติ AI ที่ขอบ (edge AI) เพียงเพิ่มปัญหาเท่านั้น สิ่งเดียวกันกับแว่น AR เมื่อมีการบูรณาการการประมวลผลที่มากขึ้น ออปติกส์ และจอแสดงผลขนาดเล็ก
- ความท้าทายที่ 2 – ขนาด/น้ำหนัก/รูปร่าง: สิ่งนี้เป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่สำหรับแว่น AR เนื่องจากผู้ผลิตพยายามสร้างสมดุลระหว่างความสบายในการสวมใส่ตลอดวัน (น้ำหนัก) กับอิเล็กทรอนิกส์ที่จำเป็นและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ (ประสิทธิภาพ) ทั้งหมดนี้อยู่ในรูปร่างที่มีสไตล์และเป็นมิตรต่อแฟชั่น
- ความท้าทายที่ 3 – คุณภาพเสียงของ AI การสนทนา: เสียงจะกลายเป็นหน้าต่างที่โดดเด่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับแว่น AR ซึ่งช่วยให้สามารถดำเนินการได้อย่างรวดเร็วและมือไม่สัมผัส อย่างไรก็ตาม ลำโพงแบบคอยล์แบบดั้งเดิมมีขนาดใหญ่และหนา (ดูความท้าทายที่ 2) และไม่สามารถทำงานได้เต็มที่ในพื้นที่ที่ถูกจำกัด นอกจากนี้ ความสม่ำเสมอของชิ้นส่วนต่อชิ้นส่วนยังต่ำ ซึ่งกระทบต่อคุณสมบัติ DSP ที่เพิ่มมูลค่า เช่น โหมดความเป็นส่วนตัวและโหมดโฟกัสการสนทนา
อย่างไรก็ตาม การแข่งขันที่จะทำให้ AI ที่ขอบ (edge) ทำงานบนอุปกรณ์ — สมาร์ทโฟน แว่น AR และอุปกรณ์มือถืออื่นๆ — กำลังดำเนินอยู่ นักวิจัยที่ Deloitte ประมาณการว่า份ส่วนของสมาร์ทโฟนที่มี genAI อาจเกิน 30% ของการขนส่งภายในสิ้นปีนี้ ไม่ต้องพูดถึง หมวดหมู่ใหม่ของแว่นอัจฉริยะที่มีพลังงานจาก genAI
ในอุปกรณ์ที่ขอบ (edge) ส่วนหนึ่งของคำตอบมาจากการสร้างสรรค์ใหม่ของอิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่ในอุปกรณ์เหล่านั้น
ส่วนประกอบ piezoMEMS ช่วยให้ genAI ทำงานที่ขอบ (edge)
เทคโนโลยี piezoMEMS ตอบสนองต่อความท้าทายของ genAI ในอุปกรณ์ที่ขอบ (edge) ไม่ใช่แค่เพราะสิ่งที่มันทำ แต่ยังเป็นเพราะวิธีการผลิต
piezoMEMS เป็นการประยุกต์ใช้เทคโนโลยี micro-electromechanical systems (MEMS) ที่ใช้วัสดุ piezoelectric เพื่อแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นการเคลื่อนไหว ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดลมที่ควบคุมด้วยโวลต์ ส่วนประกอบ piezoMEMS ผลิตขึ้นในกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่เชื่อถือได้ มั่นคง และสม่ำเสมอ ซึ่งช่วยให้สามารถผลิตไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่มีประสิทธิภาพสูงและราคาไม่แพงได้ในแพ็คเกจชิปขนาดเล็ก 1 มิลลิเมตร
การทำความเย็นแบบแอคทีฟสำหรับการจัดการอุณหภูมิของ AI ที่ขอบ (edge)
อุปกรณ์ piezoMEMS ซิลิกอนที่ใช้ในการกระตุ้นแบบอัลตราโซนิกมีอยู่แล้วเพื่อผลิตการดูดซับลมที่เงียบและไม่มีการสั่นสะเทือนเพื่อการทำความเย็นของระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่บางและถูกจำกัดพื้นที่ — ซึ่งเป็นแฟนบนชิป
ผลกระทบต่อการทำความเย็นของอุปกรณ์ AI ที่ขอบ (edge) นั้นลึกซึ้ง แฟนการทำความเย็น micro-piezoMEMS แรก มีขนาดเล็กและน้ำหนักน้อยกว่าแฟนแบบดั้งเดิมถึง 96% — และเป็นอุปกรณ์การจัดการอุณหภูมิแบบแอคทีฟที่เล็กและบางพอที่จะใส่ไว้ในสมาร์ทโฟนและแว่น AR ได้ ทำให้อุณหภูมิผิวและอุณหภูมิส่วนประกอบเย็นลง 15-30% ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้การประมวลผลทำงานที่ประสิทธิภาพสูงสุดเป็นเวลานาน
ลำโพง piezoMEMS เป็นอินเทอร์เฟซสำหรับการสนทนา AI
ขนาดและน้ำหนัก: ลำโพง piezoMEMS สามารถผลิตเสียงที่มีระดับเสียง (sound pressure level [SPL]) เทียบเท่ากับหรือดีกว่าลำโพงแบบคอยล์แบบดั้งเดิม แต่มีขนาดเล็กและบางกว่า การใช้ลำโพงใหม่นี้บนแว่น AI สามารถช่วยให้นักออกแบบผลิตภัณฑ์เข้าใกล้สมดุลที่สมบูรณ์แบบที่กล่าวถึงในบทความนี้
ตัวอย่างเช่น ลำโพง piezoMEMS มีขนาด 1 มิลลิเมตร บางกว่าลำโพงแบบคอยล์แบบดั้งเดิมถึง 70% ซึ่งช่วยให้สามารถออกแบบแว่นที่มีขนาดเล็กและบางกว่าได้
อีกตัวอย่างหนึ่ง คือ น้ำหนักของแว่นที่เหมาะสมคือ 30 กรัม เพื่อให้สามารถสวมใส่ตลอดวันได้ ในแว่น AI ลำโพงแบบคอยล์แบบดั้งเดิมมีน้ำหนักประมาณ 2 กรัมต่ออัน และมี 2 อันในแว่น (4 กรัมทั้งหมด) ลำโพงเหล่านี้มีส่วนช่วยประมาณ 15% ของน้ำหนักรวมของระบบ ลำโพง piezoMEMS ซึ่งมีน้ำหนักประมาณ 150 มิลลิกรัมต่ออัน สามารถลดน้ำหนักที่มีส่วนช่วยจากลำโพงได้มากกว่า 90% ทำให้แว่น AR เข้าใกล้น้ำหนัก 30 กรัมที่เหมาะสมมากขึ้น
คุณภาพเสียงที่ชัดเจน นอกจากขนาดและน้ำหนักที่เล็กแล้ว ลำโพง piezoMEMS ยังช่วยให้ประสบการณ์เสียงดีขึ้น ลำโพงเหล่านี้ไม่เพียงแต่ผลิตเสียงที่มีระดับเสียงที่เพียงพอในอากาศเปิด แต่ยังสามารถเล่นเสียงความถี่สูงได้ดี ซึ่งมักจะเกี่ยวข้องกับการเข้าใจคำพูดที่ดีขึ้นและความชัดเจนของเสียง เนื่องจาก piezoMEMS มีการตอบสนองทางกลที่เร็วกว่าและเกือบไม่มีการเลื่อนเฟส ซึ่งหมายความว่าเสียงมีความชัดเจน 详细 และแม่นยำ
คุณสมบัติ DSP ที่ดีขึ้น สุดท้าย คุณสมบัติ DSP ที่ต้องใช้พลังงานการประมวลผลสูง เช่น โหมดความเป็นส่วนตัวและโหมดเสียงที่มุ่งเน้น จะทำงานได้ดีกว่ากับลำโพง piezoMEMS เนื่องจากกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่สม่ำเสมอ ลำโพงเหล่านี้มีความสม่ำเสมอและความสอดคล้องของระดับเสียงและเฟสที่ใกล้เคียงกับอุดมคติ ซึ่งให้หน้าต่างที่คาดการณ์ได้มากขึ้นสำหรับอัลกอริธึม DSP เพื่อทำงาน ด้วยความแปรผันของลำโพงที่น้อยกว่า อัลกอริธึม DSP สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานได้โดยไม่ต้องใช้การประมวลผลที่มากเกินไป
การปลดปล่อยศักยภาพของอุปกรณ์ AI ที่ขอบ (edge)
สุดท้าย สิ่งนี้ต้องใช้นวัตกรรมที่สำคัญเพื่อนำพลังของ AI ที่สร้าง (genAI) มาสู่อุปกรณ์ผู้บริโภคที่ขอบ (edge) ไม่เพียงแต่ผู้ผลิตต้องเอาชนะกฏของฟิสิกส์ แต่ยังต้องแน่ใจว่ามีประสบการณ์ผู้ใช้ที่ดีที่สุด — ทั้งหมดนี้โดยไม่กระทบต่อขนาดและรูปร่างของอุปกรณ์
นวัตกรรมใหม่ๆ ในเทคโนโลยี piezoMEMS เปิดโอกาสให้สามารถเอาชนะข้อจำกัดด้านอุณหภูมิ และนำเสนอความชัดเจนของเสียงที่ดีขึ้นสำหรับการสนทนา AI ในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงรูปแบบ (ความบาง) และความสบาย (น้ำหนัก) ในสมาร์ทโฟน AI และแว่น AR
ระบบนิเวศของ genAI มีขนาดใหญ่และเชื่อมโยงกัน piezoMEMS สามารถเป็นเครื่องมือสำคัญในการปลดปล่อยศักยภาพของอุปกรณ์ AI ที่ขอบ (edge) ได้
