Невідома технологія за новим поколінням пристроїв Edge AI

Ви, можливо, не чули про piezoMEMS — але нові застосування цієї маленької, революційної технології готуються змінити майбутнє AI на краю.

У 2023 році дослідники оцінили, що використання генеративного штучного інтелекту (genAI) для створення зображення використовувало таку ж кількість енергії, як і зарядка смартфона. Тепер уявіть собі генерацію зображень AI за допомогою вашого смартфона.

Оскільки AI переходить на пристрої краю, такі як смартфони та окуляри доповненої реальності, найцікавіші та найпоширеніші застосування, ймовірно, будуть обертатися навколо реального часу, персоналізованих та контекстно-залежних досвідів. Ці пристрої завжди з нами, тому AI може використовувати їхні сенсори – камери, мікрофони, GPS, акселерометри – для надання безперебійних, низьколатентних рішень та досвідів.

Підумайте про AI як про постійного помічника, який надає реальну допомогу в режимі реального часу. На смартфонах це може означати миттєвий переклад мови під час розмов або подорожей, наприклад, вказуючи камерою на знак і отримуючи наложення у вашій рідній мові. Для окулярів доповненої реальності це ще більш привабливо – уявіть, що ви проходите по місту та маєте історичні факти, відгуки ресторанів або навігаційні підказки, проєктовані у ваше поле зору, все це підлаштоване під ваші інтереси та без необхідності витягувати пристрій. Оскільки edge AI обробляє дані локально, це перемога для довіри та конфіденційності даних.

Хоча обіцянка edge AI очевидна та приваблива, залишаються технічні проблеми.

• Виклик 1 – Тепловий: Як і центри даних AI, пристрої edge AI обмежені тепловим режимом, а не обмеженнями MIPS/обчислювальною потужністю. Смартфони вже досягли свого теплового ліміту; функції edge AI просто посилюють проблему. Те ж саме стосується окулярів доповненої реальності, оскільки інтегрується все більше обчислювальної техніки, оптики та мікродисплеїв.
• Виклик 2 – Розмір/Вага/Форм-фактор: Це величезний виклик для окулярів доповненої реальності, оскільки виробники шукають святого Грааля балансу між комфортом ношення (вагою) та необхідними електронними компонентами та тривалістю роботи батареї (продуктивністю) у форм-факторі, який є модним та стильним.
• Виклик 3 – Якість аудіо для розмовного AI: Голос буде домінуючим інтерфейсом, особливо для окулярів доповненої реальності, що дозволяє здійснювати швидку, безручну операцію. Однак традиційні динаміки з котушкою товсті та громіздкі (див. Виклик 2) і не демонструють своєї максимальної продуктивності в тісних, обмежених просторах. Крім того, їхня відносно погана частина-під-частину консистентності негативно впливає на функції DSP, такі як режими приватності та фокусування розмов.

Все ж таки, божевільна гонка за виконання genAI на пристроях краю – смартфонах, окулярах доповненої реальності та інших мобільних пристроях – триває. Дослідники з Deloitte оцінюють, що частка смартфонів з підтримкою genAI може становити понад 30% від усіх поставок до кінця цього року. Не кажучи вже про нову категорію окулярів доповненої реальності з підтримкою genAI.

У пристроях краю частина рішення полягає у переосмисленні електроніки, яка використовується в них.

Компоненти piezoMEMS дозволяють використовувати genAI на краю

Технологія piezoMEMS вирішує проблеми genAI на пристроях краю. Не тільки через те, що вона робить, а й через те, як вона виготовляється.

PiezoMEMS – це застосування технології мікроелектромеханічних систем, яка використовує п’єзоелектричні матеріали для перетворення електричної енергії у рух, по суті, джерело повітряного потоку, керованого напругою. Компоненти piezoMEMS виготовляються у надійному, стабільному та високоуніформному напівпровідниковому процесі, що дозволяє масово виробляти високоефективні, економічні мікроелектронні компоненти у тонких пакетах товщиною 1 міліметр.

Активне охолодження для термічного менеджменту AI на краю

Ультразвукові п’єзоелектричні кремнієві актуатори тепер існують для перекачування повністю тихих, вібраційно вільних імпульсів повітря для охолодження тонких, просторově обмежених електронних систем – по суті, вентилятор на кристалі.

Вплив на охолодження пристроїв AI на краю глибокий. Перший п’єзоелектричний мікро-вентилятор на 96% менший і легший за традиційні вентилятори – і єдиний активний пристрій термічного менеджменту, достатньо малий і тонкий, щоб поміститися всередині смартфонів та окулярів доповненої реальності, підтримуючи поверхневу та компонентну температуру на 15-30% нижчу, ніж при роботі на піковій продуктивності протягом тривалого часу.

Гучномовці piezoMEMS як інтерфейс розмовного AI

Розмір і вага: гучномовці piezoMEMS можуть виробляти еквівалентну або кращу гучність (рівень звукового тиску) порівняно з традиційними динаміками з котушкою, але при цьому вони мають значно менший розмір, товщину та вагу. Застосування цього нового динаміка до окулярів з підтримкою AI може дозволити дизайнерам продуктів наблизитися до святого Грааля балансу, згаданого раніше в цій статті.

Ось два приклади. По-перше, на товщину 1 міліметр гучномовець piezoMEMS на 70% тонший за традиційні динаміки з котушкою, що дозволяє зробити рамки окулярів тоншими та більш стильними.

По-друге, було припущено, що ідеальна вага окулярів повинна становити 30 грамів, щоб забезпечити комфорт ношення протягом усього дня. У окулярах з підтримкою AI традиційні динаміки з котушкою зазвичай мають вагу близько 2 грамів кожна. З однією динамікою в кожній рамці окулярів (всього 4 грами), динаміки складають близько 15% від загальної ваги системи. Гучномовці piezoMEMS, вагою близько 150 міліграмів кожний, можуть видалити понад 90% ваги, внесеної динаміками, наблизивши окуляри доповненої реальності до цілі у 30 грамів.

Ясність звуку. Окрім свого малих розмірів та ваги, гучномовці piezoMEMS покращують досвід аудіо. Вони не тільки генерують достатню гучність у відкритому повітрі, але й відзначаються високими частотами, які зазвичай асоціюються з покращеною зрозумілістю та ясністю мови. Це відбувається через те, що piezoMEMS забезпечує швидшу механічну реакцію порівняно з традиційними конструкціями динаміків, майже без фазового зсуву, що означає, що аудіо є чистим, детальним та точним.

Покращення функцій DSP. Нарешті, функції DSP, такі як режими приватності та спрямований звук, будуть працювати краще з гучномовцями piezoMEMS. Завдяки уніформності та консистентності напівпровідникового процесу ці динаміки мають майже ідеальну частоту гучності та фазову синхронізацію, забезпечуючи більш передбачуване вікно для роботи алгоритмів DSP. З меншою варіативністю динаміків алгоритми DSP можуть покращувати продуктивність з меншим процесорним навантаженням.

Розблокування потенціалу пристроїв Edge AI

У кінцевому підсумку, для того, щоб привнести силу генеративного AI на пристрої краю, буде потрібно значна інновація. Виробникам не тільки потрібно подолати фізичні обмеження, але й забезпечити найкращий можливий досвід користувача – все це без компромісу щодо форм-фактора.

Нові інновації у технології piezoMEMS відкривають можливості для видалення теплових обмежень, забезпечення покращеної зрозуміліості мови для розмовного AI, а також покращення стилю (товщини) та комфорту (ваги) у смартфонах та окулярах доповненої реальності з підтримкою AI.

Екосистема genAI величезна та взаємопов’язана. PiezoMEMS можуть стати ключовим елементом.