Невідома технологія, що стоїть за новим поколінням пристроїв Edge AI

Можливо, ви не чули про piezoMEMS, але новітні застосування цієї крихітної, революційної технології готові змінити майбутнє штучного інтелекту на периферії.

Ще у 2023 році дослідники підрахували що використання генеративного штучного інтелекту (genAI) для створення зображення витрачає стільки ж енергії, скільки заряджання смартфона. А тепер уявіть собі створення зображень зі штучним інтелектом за допомогою вашого смартфона.

Оскільки штучний інтелект переходить на периферійні пристрої, такі як смартфони та окуляри доповненої реальності (AR-окуляри), найпереконливіші та найпоширеніші програми, ймовірно, будуть зосереджені на роботі в режимі реального часу, персоналізованому та контекстно-залежному досвіді. Ці пристрої завжди з нами, тому штучний інтелект може використовувати їхні датчики – камери, мікрофони, GPS, акселерометри – для забезпечення безперебійних рішень та досвіду з низькою затримкою.

Уявіть собі ШІ як всюдисущого помічника, який надає контекстну допомогу в режимі реального часу. На смартфонах це може означати миттєвий переклад мов під час розмов або подорожей, наприклад, наведення камери на знак і отримання накладання рідною мовою. З окулярами доповненої реальності це ще простіше – уявіть, що ви йдете містом і бачите історичні факти, відгуки про ресторани або навігаційні підказки, проектовані на ваше поле зору, все адаптовано до ваших інтересів і без необхідності діставати пристрій. Оскільки периферійний ШІ обробляє дані локально, це перемога в плані довіри та конфіденційності даних.

Хоча обіцянка для край AI очевидним і переконливим, проблеми з апаратним забезпеченням залишаються.

• Завдання 1 – ТермічнийЯк і центри обробки даних зі штучним інтелектом, периферійні пристрої зі штучним інтелектом мають обмеження за температурою, а не за кількістю MIPS/обчислювальних ресурсів. Смартфони вже досягли своїх теплових меж; функції периферійного штучного інтелекту лише посилюють проблему. Те саме стосується AR-окулярів, оскільки інтегровано більше обчислювальних ресурсів, оптики та мікродисплеїв.
• Завдання 2 – Розмір/Вага/Форм-факторЦе величезний виклик для AR-окулярів, оскільки виробники прагнуть знайти святий Грааль балансу між комфортом цілоденного носіння (вагою) та необхідною електронікою та часом автономної роботи (продуктивністю) – і все це в стильному, модному форм-факторі.
• Завдання 3 – Якість розмовного звуку зі штучним інтелектом: Голос буде домінуючим інтерфейсом, особливо з окулярами доповненої реальності, що дозволяє швидке керування без використання рук. Однак звичайні котушкові динаміки товсті та громіздкі (див. Проблему 2) і не працюють на повну потужність у тісних, обмежених просторах. Крім того, їх відносно погана узгодженість деталей негативно впливає на додаткові функції цифрової обробки сигналів (DSP), такі як режими конфіденційності та фокусування на розмові.

Тим не менш, шалена боротьба за впровадження genAI на периферійних пристроях – смартфонах, окулярах доповненої реальності та інших мобільних пристроях – триває. Дослідники компанії Deloitte оцінюють, що частка смартфонів із підтримкою штучного інтелекту може перевищити 30 відсотків поставок до кінця цього року. Не кажучи вже про нова категорія розумних окулярів на базі штучного інтелекту.

У периферійних пристроях частково рішення полягає в переосмисленні електроніки, яка в них вбудована.

Компоненти PiezoMEMS забезпечують GenAI на периферії

Технологія PiezoMEMS вирішує проблеми, пов'язані з використанням штучного інтелекту (ШІ) у периферійних пристроях. Не лише завдяки своїм функціям, але й тому, як вона виготовлена.

PiezoMEMS — це застосування технології мікроелектромеханічних систем, яка використовує п'єзоелектричні матеріали для перетворення електричної енергії в рух, по суті, джерело повітряного потоку з керуванням напругою. Компоненти PiezoMEMS виготовляються за допомогою надійного, стабільного та дуже однорідного напівпровідникового процесу, що дозволяє масове виробництво високоефективної та економічно вигідної мікроелектроніки в невеликих, тонких корпусах завтовшки 1 міліметр.

Активне охолодження для Edge AI Thermal Management

Зараз існують ультразвукові кремнієві актуатори piezoMEMS для перекачування абсолютно безшумних, безвібраційних імпульсів повітря з метою охолодження тонких електронних систем з обмеженим простором – по суті, вентилятор на чіпі.

Наслідки для охолодження периферійних пристроїв штучного інтелекту є глибокими. Перший мікровентилятор piezoMEMS на 96 відсотків менший і легший за традиційні вентилятори, і є єдиним пристроєм активного терморегулювання, достатньо малим і тонким, щоб поміститися в смартфони та окуляри доповненої реальності, підтримуючи температуру поверхні та компонентів на 15-30% нижчою, дозволяючи обчислювальним системам працювати з піковою продуктивністю протягом тривалого часу.

Гучномовці PiezoMEMS як розмовний інтерфейс штучного інтелекту

Розмір і вага: гучномовці piezoMEMS можуть видавати еквівалентну або кращу гучність (рівень звукового тиску [SPL]), ніж звичайні котушкові гучномовці, але при значно меншому розмірі, товщині та вазі. Застосування цього нового динаміка до окулярів зі штучним інтелектом може наблизити розробників продуктів до ідеального балансу, про який згадувалося раніше в цій статті.

Ось два приклади. По-перше, маючи товщину 1 міліметр, п'єзоMEMS-динамік приблизно на 70% тонший за звичайні котушкові динаміки, що дозволяє зробити дужки окулярів тоншими та стильнішими.

По-друге, було висловлено припущення, що ідеальна вага окулярів становить 30 грам для досягнення комфорту носіння протягом усього дня. В окулярах зі штучним інтелектом звичайні котушкові динаміки зазвичай важать ~2 грами кожен. З одним динаміком у кожному дужці окулярів (загалом 4 грами), динаміки складають ~15% від загальної ваги системи. Гучномовці PiezoMEMS, вагою ~150 міліграмів кожен, можуть видалити >90% ваги, яку вносять динаміки, наближаючи окуляри AR до цільової позначки в 30 грамів.

Чіткість звуку. Окрім невеликих розмірів та ваги, гучномовці piezoMEMS покращують якість звуку. Вони не лише створюють достатню гучність на відкритому повітрі, але й чудово відтворюють високі частоти, що зазвичай пов'язано з покращеною розбірливістю та чіткістю мовлення. Це пояснюється тим, що piezoMEMS забезпечують швидшу механічну реакцію, ніж традиційні конструкції гучномовців, майже без фазового зсуву, що означає чіткий, деталізований та точний звук.

Покращені функції DSP. Нарешті, функції, що потребують інтенсивного DSP, такі як режими конфіденційності та спрямований звук, працюватимуть краще з гучномовцями piezoMEMS. Завдяки однорідності та стабільності напівпровідникового процесу, ці гучномовці мають майже ідеальну гучність та фазове узгодження по частинах, забезпечуючи більш передбачуване вікно для роботи алгоритму DSP. Завдяки меншій мінливості з боку гучномовця, алгоритми DSP можуть покращити продуктивність з меншими накладними витратами на обробку.

Розкриття потенціалу пристроїв периферійного штучного інтелекту

Зрештою, знадобляться значні інновації, щоб донести потужність генеративного штучного інтелекту до споживчих периферійних пристроїв. Виробники повинні не лише подолати фізику, але й забезпечити найкращий користувацький досвід – і все це без шкоди для форм-фактора.

Нові інновації в технології piezoMEMS відкривають можливості для усунення теплових обмежень, забезпечення покращеної розбірливості мовлення для розмовного ШІ, а також покращення стилю (тонкість) та комфорту (вага) у смартфонах з edge AI та окулярах доповненої реальності.

Екосистема genAI є величезною та взаємопов'язаною. PiezoMEMS може стати ключовим фактором.