Los ingenieros investigadores de CEA-Leti han desarrollado un innovador circuito de detección de palabras clave diseñado para funcionar con un consumo de energía ultrabajo en los sistemas con comando de voz. Esta tecnología de vanguardia aprovecha las arquitecturas de circuitos avanzadas para mejorar la eficiencia y la autonomía de los sistemas de inteligencia artificial (IA) integrados.
La función de detección de palabras clave convierte los comandos de voz en señales eléctricas, que posteriormente son procesadas por un circuito integrado para extraer características de frecuencia. Estos datos pueden ser analizados por una red neuronal para identificar palabras habladas. Cuando se detecta una palabra clave, el circuito activa una acción específica, como, por ejemplo, activar otro sistema.
Al combinar la extracción de señales basada en frecuencia con el procesamiento de redes neuronales, este sistema proporciona una alta precisión de reconocimiento al mismo tiempo que consume significativamente menos energía y requiere menos área de superficie que las soluciones existentes.
Los investigadores optimizaron el equilibrio entre precisión y consumo de energía, y entrenaron la red utilizando miles de muestras de voz de un punto de referencia conocido. Finalmente, modelaron con precisión el circuito de extracción de energía y pudieron ajustar los parámetros del sistema para un rendimiento óptimo.
Osciladores bloqueados para mejorar el consumo energético
Para minimizar el consumo de energía, los investigadores exploraron arquitecturas innovadoras basadas en osciladores bloqueados por inyección. El bloqueo de inyección es una propiedad común de los osciladores, ya sean biológicos, ópticos, mecánicos o eléctricos.
El uso de osciladores bloqueados por inyección permite un procesamiento eficiente de las señales. Con un solo paso, se puede dividir la señal en bandas de frecuencia, extraer su energía y convertirla a un formato que sea fácilmente procesado por la red neuronal.
Esta innovadora solución utiliza hasta cuatro veces menos área de silicio que las tecnologías existentes y consume hasta diez veces menos energía, al tiempo que logra una tasa de reconocimiento del 91% para diez palabras clave.
Otra ventaja clave de este avance es que el sistema puede funcionar con voltajes operativos tan bajos como 400 milivoltios. Este nuevo enfoque es compatible con fuentes de recuperación de energía y nodos semiconductores avanzados, como la tecnología de 22 nm, y de próxima generación, como la tecnología de 10 nm en desarrollo en CEA-Leti.
Más allá de la detección de palabras clave, el procesamiento neuronal eficiente del sistema abre las puertas a aplicaciones más amplias. La siguiente fase de desarrollo se centrará en adaptar la tecnología a otros campos que requieren capacidades de monitorización como la salud, las grandes infraestructuras y el mantenimiento predictivo.