Fortschrittliche Sensoren und KI: Die Augen und Ohren der KI-Revolution
Entdecken Sie, warum Sensoren das grundlegende Potenzial von KI darstellen – und wie Coherent an der Spitze der Ermöglichung neuer Anwendungen von 3D-Sensorik bis hin zur Innenraumüberwachung steht.
15. November 2024 von Coherent
In einer kürzlich veröffentlichten Folge unseres neuen Podcasts Now, Next und Beyond verdeutlichte Coherent CMO Sanjai Parthasarathi die entscheidende Rolle, die Sensoren in der KI-gestützten Welt spielen, und sagte: „Sensoren sind die Augen und Ohren der KI“. Es ist eine Aussage, die Sie innehalten und in Betracht ziehen sollte: Beim Übergang von menschlich erzeugten zu computergenerierten Daten werden Sensoren das Hauptmittel für Computer werden, um Daten zu erfassen, zu analysieren und darauf zu reagieren.
Heute sind Sensoren allgegenwärtig. Sie entsperren unsere Smartphones, saugen unsere Häuser, helfen uns, Autokollisionen zu vermeiden, den Verkehrsfluss zu überwachen, unsere Haushaltstemperaturen zu verwalten, Chirurgen und Tausende anderer alltäglicher Anwendungen zu unterstützen. Überall dienen Sensoren als Schnittstelle zwischen dem physischen und dem digitalen Bereich und wandeln unsere Erfahrungen in Daten um, die informieren, informieren und empfangen. Es ist kein Wunder, dass sich der Sensormarkt im nächsten Jahrzehnt voraussichtlich fast verdoppeln wird, angetrieben von der Verbreitung von Sensoren, die menschliche Sinne nachahmen: Sehen, Hören, Berühren, Riechen und Schmecken.
DER KI-AUSWIEGUNG
Geben Sie fortschrittliche künstliche Intelligenz (KI) ein. Dank der Fortschritte in der KI werden Sensoren jetzt in einer Reihe von Branchen noch wichtiger werden. Und die Verbreitung von Sensoren und die Fortschritte in der KI schaffen eine noch nie dagewesene Chance.
Aber es stellt auch eine große Herausforderung dar.
Die Menge an Daten, die jeden Tag erzeugt werden, ist spektakulär, darüber nachdenken zu können. Es handelt sich um etwa 402 Millionen Terabytes (TBs). Täglich. Das werden bis Ende 2024 insgesamt etwa 150 Zettabytes sein.1 Aktuelle Modelle schätzen, dass die täglich auf der Erde übertragene Gesamtmenge an Daten im Zettabyte-Bereich liegt (1 Zettabyte = 1 Milliarde Terabytes).
Angesichts der zunehmenden Abhängigkeit der Welt von der digitalen Kommunikation, der zunehmenden Verbreitung datenintensiver A.I.-Ausgaben und der exponentiellen Steigerung von sensorverbundenen Geräten ist es plausibel zu erwarten, dass die täglich auf der ganzen Welt übertragene Datenmenge bis 2032 mehrere Zettabytes erreichen kann.
Ein paralleler Trend, der berücksichtigt werden muss, ist, dass das Wachstum des Internetverkehrs nicht der einzige Treiber für das Datenwachstum ist. Leistungsstärkere Rechenkapazität und KI rücken in Smartphone, autonomen Systemen (Führen, Robotern) und im Unternehmen an die Netzwerkkante. Die Bewegung von Daten, sei es in cm oder km hier auf der Erde oder in den Weltraum, erfordert eine neue Generation fortschrittlicher Kommunikationskomponenten und Plattformen.
Es ist eine unglaubliche Herausforderung – und eine erstaunliche Möglichkeit, das Leben von Milliarden auf der ganzen Welt zu verbessern. KI kann bei Gesundheitsdiagnosen helfen, Möglichkeiten zur Bekämpfung von Lebensmittelknappheit, zur Senkung der Herstellungskosten, zum Bau sichererer Fahrzeuge und zur Verbesserung der allgemeinen Gesundheit des Planeten.
VCSELs: Wo LASER AUF SENSING stoßen
Vertikale oberflächenemittierende Kavitätslaser (VCSELs) sind eine Schlüsselkomponente für die Erkennung von Anwendungsfällen – von der Navigation in optischen Computermäusen über die Körperverfolgung in Spielkonsolen bis hin zu Näherungs- und Gesichtserkennungssensoren in Smartphones und Tablet-Computern. Sie werden auch in Anwendungen der Automobilsensorik eingesetzt, um autonomes Fahren sowie Fahrer- und Insassenüberwachungsanwendungen zu ermöglichen. Und sie sind eine Hauptkomponente bei der 3D-Sensing aller Arten.
Für die Sensorik im Fahrzeuginnenraum sind VCSELs im Gegensatz zu LEDs ideal, da 940 nm VCSEL praktisch kein sichtbares Licht erzeugt. Durch die spektral schmale Ausgabe der VCSELs haben sie einen weiteren Vorteil gegenüber LEDs. Insbesondere ist es viel einfacher, einen VCSEL mit einem optischen „Bandpassfilter“ zu kombinieren, um Umgebungslicht (sowohl Sonnenlicht als auch künstliche Quellen) aus der Szene zu beseitigen. Umgebungslicht kann zu Rauschen und Fehlern in den Überwachungssystemen führen, was zu falschen Messwerten oder einer verringerten Genauigkeit führt.
Der Bandpassfilter ist eine optische Komponente im Kamerasystem, die nur einen bestimmten Wellenlängenbereich durchlässt. Bei Verwendung mit einem VCSEL kann der Bandpassfilter praktisch alles außer einem sehr kleinen Bereich um die Wellenlänge der Spitzenemission unterdrücken. Dies ermöglicht einen einwandfreien Betrieb auch bei sehr hellem Umgebungslicht (z. B. direktem Sonnenlicht). Im Gegensatz dazu muss ein viel breiterer Bandpassfilter mit einer LED verwendet werden, um sein gesamtes Licht durchzulassen. Dies ermöglicht jedoch auch unerwünschtes Umgebungslicht.
Ein weiteres Merkmal der Sensorik von VCSELs ist die Fähigkeit, den Ausgang mit sehr hohen Geschwindigkeiten (über 50 MHz) zu modulieren (Puls). LEDs kommen nicht annähernd an solche Werte. Der Vorteil dieses schnellen Pulsierens besteht darin, dass es für die 3D-Sensing verwendet werden kann, die entweder mit Techniken der direkten Flugzeit (dToF) oder der indirekten Flugzeit (iToF) erreicht werden kann. Sowohl dToF- als auch iToF-Techniken profitieren von schnellen Pulsen, da sie die Tiefenauflösung und Präzision erheblich verbessern.
Coherent verfügt über eine ausgereifte Plattform für die VCSEL-Herstellung, die auf branchenführenden 6-Zoll-GaAs-Wafern basiert. Dies hat es uns ermöglicht, der Marktführer in dieser Technologie zu werden und Geräte mit herausragender Zuverlässigkeit und Leistung konsistent zu liefern.
COHERENT: EIN SENSE FÜR DIE ZUKUNFT
Als weltweit führender Hersteller von Lasern, Sensoren, VCSELs, Transceivern und den zugrunde liegenden photonischen Technologien steht Coherent im Mittelpunkt der bemerkenswerten Sensorgeschichte sowie der Technologien, die Sensordaten in Rechenzentren und wieder in Rechenzentren übertragen.
Wenn Sie sich einen beliebigen Punkt des Netzwerks ansehen würden – vom Punkt der Sensorik (z. B. Ihr Smartphone) über den Mobiltelefon-Turm bis hin zu den optischen Technologien mit kurzer und langer Reichweite, die Daten über Licht entlang des Netzwerks in das Rechenzentrum und in die GPUs, die die Daten verarbeiten, und dann bis hin zur ursprünglichen Quelle – finden Sie bei jedem Schritt Komponenten von Coherent.
Von hochmodernen 3-nm-Chips bis hin zu etablierten 100-nm-+-Prozessen sorgen Laser, Optiken und fortschrittliche Verbundwerkstoffe von Coherent für eine konsistente, kostengünstige und zuverlässige Waferherstellung. Unsere innovativen Materialien – einschließlich Hybridkeramik und Siliziumkarbid – ergeben mechanische Komponenten, die die extremen Anforderungen der EUV-Lithografie erfüllen, ebenso wie unsere Laseroptik und Diamantfenster. Außerdem kann unsere komplette Laser-Suite nahezu jede Inspektionsaufgabe bewältigen und verschiedene Materialbearbeitungsaufgaben wie Beschriftung und Glühen ausführen.
SIE ZU HAUSE BRINGEN
Bei Coherent verstehen wir den Aufbau und die Verbesserung des Ökosystems für Sensoren – und des KI-Ökosystems – letztendlich die Skalierung von Hyperscale-Rechenzentren, die einzigartige Herausforderungen bei der Konnektivitätsbandbreite und -geschwindigkeit mit sich bringen. Als führender Innovator und großer Anbieter unterstützen unsere Transceiver, aktiven optischen Kabel (AOCs) und Instrumente modernste Geschwindigkeiten. Angetrieben durch die zunehmende Einführung von KI/ML liefern 800G-Transceiver bereits in der Produktion (und unsere 1,6T-Transceiver werden bald ausgeliefert). Und unsere beispiellose vertikale Integration und unsere hochvolumigen Produktionsanlagen machen uns zum zuverlässigsten Partner der Branche.
ALLES HÄNGT VON DER DATENÜBERTRAGUNG AB
Warum ist das Netzwerk so wichtig, wenn es um fortschrittliche KI und die Verbreitung von Sensoren geht? ChatGPT und andere großsprachige Modelle (LLMs) erfordern enorme Rechenanforderungen.
Alle Anzeichen dafür sind, dass KI-Funktionen auf Geräte und Anwendungen übertragen werden, die sich mit Sensoren und IoT-Netzwerken verbinden. Native KI-fähige Smartphones, hochentwickelte Robotik, autonome Mobilität, hochentwickelte persönliche Gesundheitsüberwachung, Umweltüberwachung und Always-on-Video werden den Betrieb von Trägern und Rechenzentren verändern. Dies ist eine grundlegende Transformation der Netzwerktopologien, die größtenteils als Mittel zur Übertragung von Daten und Diensten auf Geräte existiert haben.
Edge-Geräte mit KI-Funktionen und nativen Funktionen erfordern einen Datendurchsatz viel mehr als die heutigen Funktionen. Die komfortable Beziehung zwischen Hyperscale-Rechenzentren und Edge-Netzwerken wird durch leistungsstarke Geräte der dritten Ebene ergänzt, die Daten mit exponentiellen Geschwindigkeiten erzeugen und verbrauchen. Dies ist die grundlegende Transformation, die Netzwerke der nächsten Generation vorantreiben wird.
Transceivergeschwindigkeit ist ein Eckpfeiler für Hochleistungsnetzwerke. 800G-Transceiver werden heute in Produktionsvolumen ausgeliefert, und 1,6T-Transceiver nähern sich dem Produktionsmaßstab. In fünf Jahren wird erwartet, dass die Nachfrage nach 800G- und 1,6T-Transceivern für die Datenkommunikation größer ist als alle anderen Arten von Transceivern für die Datenkommunikation zusammen, was größtenteils auf KI und ML zurückzuführen ist.
Schnellere Transceiver sind nur eine Komponente im Datennetzwerk-Stack. Die Kombination aus schnelleren Transceivern, Detektoren, Switches, direkten und optischen Verbindungskabeln und Optiken bildet die Grundlage für Netzwerke der nächsten Generation, die Milliarden von Geräten verbinden können, die Exabyte an Daten mit einer noch nie dagewesenen Geschwindigkeit erzeugen.
DIE ZUKUNFT VERÖFFENTLICHT
Mit Blick auf die Zukunft ist klar, dass die Beziehung zwischen Sensoren, KI und fortschrittlicher Photonik die nächste Welle technologischer Innovation vorantreiben wird. Coherent steht an der Spitze dieser Revolution und liefert die kritischen Komponenten, die alles von der Datenübertragung bis hin zu KI-gesteuerten Anwendungen antreiben. Mit unserem Engagement für Innovation und einem tiefen Verständnis der damit verbundenen Komplexität sind wir in der Lage, weiterhin führend in der Branche zu sein. Gemeinsam halten wir nicht nur mit den Anforderungen von heute Schritt, sondern gestalten die Möglichkeiten von morgen. Die Zukunft von Daten, Sensorik und KI hängt von der nahtlosen Integration dieser Technologien ab, und Coherent setzt sich dafür ein, diese Zukunft Wirklichkeit werden zu lassen.
Erfahren Sie mehr über Coherent VCSELs für Sensoranwendungen und Coherent Transceiver für Datenkommunikationsanwendungen.
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1 https://explodingtopics.com/blog/data-generated-per-day
