未知科技：新一代边缘AI设备背后的技术

您可能还没有听说过压电MEMS，但这种微小的、游戏规则改变的技术的新颖应用即将重塑边缘AI的未来。

2023年，研究人员估计，使用生成性人工智能（genAI）创建一张图片所需的能量相当于为智能手机充电所需的能量。现在，想象一下使用智能手机生成AI图像。

随着AI转向边缘设备，如智能手机和AR眼镜，最令人信服和广泛的应用程序可能围绕着实时、个性化和上下文感知体验展开。这些设备始终伴随着我们，因此AI可以利用它们的传感器——摄像头、麦克风、GPS、加速度计——提供无缝、低延迟的解决方案和体验。

将AI视为一个无处不在的助手，提供实时的上下文辅助。在智能手机上，这可能意味着在对话或旅行期间实时翻译语言，例如将相机指向一个标志并以您的母语获得叠加层。对于AR眼镜来说，这甚至更为重要——想象一下走过一座城市，并且历史事实、餐厅评论或导航提示被投射到您的视野中，所有这些都根据您的兴趣量身定制，并且无需拿出设备。由于边缘AI在本地处理数据，因此这对于信任和数据隐私来说是一个胜利。

虽然边缘AI的承诺是显而易见的和有说服力的，但硬件挑战仍然存在。

• 挑战1 – 热量: 就像AI数据中心一样，边缘AI设备是热量限制的，而不是MIPS/计算限制的。智能手机已经达到其热量限制；边缘AI功能只是加剧了这个问题。同样适用于AR眼镜，因为更多的计算、光学和微显示器被集成。
• 挑战2 – 尺寸/重量/外形: 这是AR眼镜的一个巨大挑战，因为制造商试图在所有日常佩戴舒适度（重量）与必要的电子元件和电池寿命（性能）之间取得平衡，同时保持时尚和漂亮的外形。
• 挑战3 – 会话AI音频质量: 语音将成为一种主导接口，特别是在AR眼镜中，允许快速、免提操作。然而，传统的线圈扬声器厚重笨拙（见挑战2），在狭窄的空间中不能发挥其最佳性能。此外，它们相对较差的零件间一致性对增值DSP功能（如隐私模式和会话聚焦模式）产生了负面影响。

尽管如此，边缘设备（智能手机、AR眼镜和其他移动设备）上的genAI大潮已经开始。 德勤的研究人员估计，genAI启用的智能手机的份额可能在今年年底前超过30％的出货量。更不用说 一类新的genAI驱动的智能眼镜。

在边缘设备中，解决方案的一部分来自于重新想象设备中的电子元件。

压电MEMS组件实现边缘AI

压电MEMS技术解决了边缘设备中genAI的挑战。它不仅仅是因为它的功能，还因为它的制造方式。

压电MEMS是一种应用于微电子机械系统技术的技术，它使用压电材料将电能转化为运动，基本上是一个电压控制的气流源。压电MEMS组件是在可靠、稳定和高度均匀的半导体工艺中制造的，使得高效、成本有效的微电子设备可以大量生产，尺寸仅为1毫米的薄芯片包装。

主动冷却用于边缘AI热管理

现在存在超声波压电MEMS硅执行器，可以为薄、空间受限的电子系统提供完全静音、无振动的空气脉冲，用于冷却目的——基本上是一个芯片上的风扇。

边缘AI设备的冷却影响深远。 第一个压电MEMS微型风扇 比传统风扇小96％，轻96％，是唯一一个小到可以放入智能手机和AR眼镜的主动热管理设备，能够使表面和组件温度降低15-30％，同时使计算能够在峰值性能下运行更长时间。

压电MEMS扬声器作为会话AI接口

尺寸和重量: 压电MEMS扬声器可以产生与传统线圈扬声器相当或更好的响度（声压级），但尺寸、厚度和重量却只有传统扬声器的一小部分。将这种新型扬声器应用于AI启用的眼镜，可以让产品设计师更接近前面提到的理想平衡。

以下是两个例子。首先，在1毫米厚的情况下，压电MEMS扬声器比传统线圈扬声器薄70％，这使得眼镜的臂部可以更薄、更时尚。

其次，据建议，理想的眼镜重量是 30克，以实现全天候佩戴的舒适度。在AI眼镜中，传统线圈扬声器通常每个重约2克。由于每个眼镜臂中有一个扬声器（总共4克），扬声器的重量占系统总重量的约15％。压电MEMS扬声器，每个重约150毫克，可以去掉扬声器贡献的重量的90％以上，使AR眼镜更接近30克的目标。

音频清晰度。除了其小尺寸和重量，压电MEMS扬声器还能增强音频体验。它们不仅能够在空气中产生足够的音量，而且还能很好地再现与语音清晰度和清晰度相关的高频率。因为压电MEMS提供了比传统扬声器设计更快的机械响应，几乎没有相位移，这意味着音频清晰、详细、准确。

改进的DSP功能。最后，DSP密集型功能（如隐私模式和定向声）将与压电MEMS扬声器配合得更好。由于半导体工艺的均匀性和一致性，这些扬声器具有几乎理想的零件间响度和相位匹配，为DSP算法提供了一个更可预测的窗口来运行。由于扬声器的可变性较小，DSP算法可以在较少的处理开销下增强性能。

解锁边缘AI设备的潜力

最终，要将生成性人工智能的力量带到消费者边缘设备中，需要进行重大创新。不仅制造商必须克服物理限制，还必须确保用户体验最佳——所有这一切都不能损害外形尺寸。

新的压电MEMS技术创新为消除热量限制、提高会话AI的语音清晰度以及增强边缘AI智能手机和AR眼镜的风格（薄）和舒适度（重量）带来了可能性。

genAI生态系统是广泛的和相互连接的。压电MEMS可以成为一个关键的推动力。