더 스마트한 음성 데이터 처리로 상시 작동 기기의 배터리 수명 연장

스마트 스피커부터 웨어러블까지 상시 작동 기기는 일상을 변화시켰지만, 배터리 수요는 여전히 시급한 과제입니다.

음성 비서가 현대 생활의 필수품처럼 느껴지지만, Amazon이 첫 스마트 스피커 Echo를 2014년 말에 출시한 지 불과 몇 년 되지 않았습니다. 오늘날 수억 대의 음성 우선 기기(홈 허브부터 이어버드까지)가 영구적으로 웨이크 워드를 청취합니다. SAR Insight & Consulting은 2023년까지 상시 작동 음성 지원 기기의 설치 기반이 10억 대에 육박할 것으로 예측합니다.

이 시스템의 핵심은 환경 소리를 포착하는 초소형 MEMS 마이크로폰입니다. 초기에는 클라우드 기반 분석이 이상적으로 보였지만, IoT 기기에서 생성되는 데이터의 엄청난 양(2025년까지 416억 대 기기가 79.4 제타바이트 데이터 생성 예상, IDC)은 네트워크 대역폭을 압도하고 기기 배터리를 고갈시켰습니다. 이 병목 현상은 정교한 처리를 센서에 더 가깝게 가져오는 엣지 컴퓨팅으로의 전환을 가속화했습니다.

엣지 컴퓨팅과 TinyML의 만남

현대 엣지 솔루션은 임베디드 신경망 코어(TinyML 칩)를 갖춘 저전력 디지털 신호 프로세서와 마이크로컨트롤러를 활용합니다. 이 칩들은 복잡한 웨이크 워드 감지를 로컬에서 수행하여 클라우드 리소스 의존도를 줄입니다. 그러나 여전히 음성이 없을 때에도 모든 아날로그 오디오 샘플을 즉시 디지털로 변환하도록 강제하는 레거시 아키텍처를 상속받습니다. 결과적으로 OEM은 관련 없는 데이터 처리에 배터리 수명의 80~90%를 낭비하며, 소비자는 벽면 전원형 비휴대용 비서와 배터리 제약 휴대용 비서 중 하나를 선택해야 합니다.

아날로그 퍼스트 처리의 힘

이 비효율성을 극복하기 위해 설계자들은 인간 감각 시스템에서 영감을 받은 패러다임, 즉 원시 아날로그 신호를 먼저 처리하고 필요할 때만 디지털 엔진을 호출하는 방식을 채택하고 있습니다. 아날로그 회로는 디지털 변환이 발생하기 전에 소리에 음성이 포함되어 있는지 감지하는 등 저전력 실시간 특징 추출에 탁월합니다. 이 전략은 진정한 웨이크 워드가 감지될 때까지 고전력 디지털 프로세서를 딥 슬립 상태로 유지하여 배터리 수명을 극적으로 연장합니다.

아날로그 퍼스트, 생체 영감 아키텍처를 채택한다고 해서 각 칩이 두뇌를 에뮬레이트할 필요는 없습니다. 대신 시스템 계층을 재구상합니다: 아날로그 프론트엔드가 트래픽 관리자 역할을 하여 노이즈를 필터링하고 중요한 데이터만 TinyML 코어로 전달합니다.

생체 영감 엣지 처리는 디지털 전력을 가장 관련성 높은 감각 데이터에 집중시킵니다. (이미지: Aspinity)

소비자 중심 혜택

데이터 변환을 최소화하고 아날로그 사전 처리를 활용함으로써 제조업체는 한 번 배터리 세트로 몇 달 동안 작동하는 음성 비서를 제공할 수 있어 지속적인 벽면 전원의 필요성을 없앨 수 있습니다. 결과는 더 유연하고 사용자 친화적인 경험입니다. 한 번 충전으로 1년 동안 작동하는 음성 활성화 TV 리모컨을 상상해 보세요.

참고문헌

¹ International Data Corp. Worldwide Global DataSphere IoT Device and Data Forecast, 2019–2023. June 2019

>> 이 기사는 원래 자매 사이트인 EE Times Europe에 게재되었습니다.