TORSDAG 27 FEBRUARI 2020

SENASTE NYTT

- Nyheter inom industrivärlden

Optimering på systemnivå gör internet energisnålare

Algoritmer för att styra datatrafik i kommunikationsnätverk kan tillsammans med smarta felrättande datachips och optiska frekvenskammar bidra till att minska elförbrukningen på internet.
Forskare på Chalmers har i ett nyligen avslutat femårigt forskningsprojekt studerat hur fiberoptiska kommunikationssystem kan göras mer energieffektiva. Bland åtgärderna som forskarna föreslår finns smarta, felrättande datachips som konstruerats så att de förbrukar tio gånger mindre energi. Projektet har resulterat i flera vetenskapliga artiklar, bland annat i publikationen Nature Communications.

Vi strömmar film och musik, använder molnbaserade lagringstjänster, kollar sociala medier och är ständigt uppkopplade mot alla möjligheter som internet erbjuder. Men vår digitala livsstil kräver att stora mängder data transporteras genom fiberoptiska kablar – och datamängden ökar i en närmast ofattbar takt, vilket också medför en enorm förbrukning av elektricitet. Denna utveckling är ohållbar för samhället. Om ökningstakten fortsätter på samma sätt, utan att några energieffektiviserande åtgärder görs, kommer enbart internet inom tio år att konsumera mer än hela världens nuvarande elproduktion. Produktionen av el kan inte öka i samma takt utan att en drastisk ökning sker i användningen av fossila bränslen, vilket även skulle resultera i en betydande ökning av koldioxidutsläppen.

– Utmaningen är att tillgodose den stora efterfrågan på datakapacitet och prestanda, samtligt som kostnaderna hålls på en rimlig nivå och miljöpåverkan minimeras, säger Peter Andrekson, professor i fotonik vid institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap på Chalmers.

Peter Andrekson har lett det femåriga forskningsprojektet ‘Energieffektiv optisk fiberkommunikation’, som resulterat i flera framsteg inom området.

Chalmersforskarna identifierade inledningsvis var energitjuvarna finns i dagens fiberoptiska system. Med detta som utgångspunkt har de därefter konstruerat och byggt en modell av ett system för dataöverföring som förbrukar så lite energi som möjligt. Energibesparingen kan bli betydande om de ingående delarna i systemet optimeras mot varandra.

En komponent som hittills ansetts vara en av de mest energikrävande är datachips för felrättning – integrerade kretsar som används i de optiska systemen för att kompensera för störningar och brus. På Chalmers har forskarna nu lyckats designa sådana chips där kretsarna i sig själva optimeras.

– Våra mätningar visar att energiåtgången vid användning av det här datachipset blir tio gånger mindre än för konventionella felrättande datakretsar, säger Per Larsson-Edefors, professor i datorteknik vid institutionen för data- och informationsteknik på Chalmers.

Forskarna har på systemnivå också demonstrerat fördelarna med att använda så kallade optiska frekvenskammar istället för att ha separata lasersändare för varje frekvenskanal. En optisk frekvenskam sänder ut ljus i alla våglängder samtidigt, vilket gör sändaren mycket frekvens-stabil. Det i sin tur ger mycket enklare mottagning av signaler – och därmed mindre energiförbrukning.

Energibesparingar kan också göras i styrningen av fiberoptiska kommunikationsnätverk. Genom att matematiskt modellera energiförbrukningen i olika nätverksresurser kan datatrafiken styras, så att resurserna utnyttjas på ett optimalt sätt. Detta är speciellt värdefullt om trafiken varierar över tid, vilket är fallet i de flesta nätverk. Genom att använda den optimeringsalgoritm som chalmersforskarna tagit fram kan energiförbrukningen då minskas med upp till 70 procent.

Framgångsreceptet har varit den breda ansatsen i projektet, där forskare från tre olika forskningsområden samarbetat för att finna en så energibesparande helhetslösning som möjligt, utan att ge avkall på prestanda i systemet.

Dessa forskningsrön innebär att det finns stora möjligheter att göra framtidens internet betydligt energieffektivare. Flera vetenskapliga artiklar har publicerats inom de tre forskningsområdena optisk hårdvara, elektroniksystem och kommunikationsnätverk.

– För att förbättra energieffektiviteten i dataöverföringen krävs tvärvetenskaplig kompetens. Utmaningarna ligger i skärningspunkterna mellan optisk hårdvara, elektroniksystem och kommunikationsnätverk. Det är därför det här projektet har varit så framgångsrikt, säger Erik Agrell, professor i kommunikationssystem vid institutionen för elektroteknik på Chalmers.

Det femåriga forskningsprojektet ’Energieffektiv optisk fiberkommunikation’ genomfördes 2014-2019 och har finansierats av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse. Forskningen bedöms ha stor potential att göra framtidens internetanvändning betydligt mer energisnål. Projektet har resulterat i flera vetenskapliga publiceringar inom forskningsdisciplinerna optisk hårdvara, elektroniksystem och kommunikationsnätverk, bland annat följande tre artiklar:

Phase-coherent lightwave communications with frequency combs, i tidskriften Nature Communications

Energy-Efficient High-Throughput VLSI Architectures for Product-Like Codes, i tidskriften Lightwave Technology

Joint power-efficient traffic shaping and service provisioning for metro elastic optical networks, i tidskriften IEEE/OSA Journal of Optical Communications and Networking,

Mer information om den integrerade kretsen – det smarta felrättande datachipset:
Datachipset (den integrerade kretsen) har designats på Chalmers och specialtillverkats i Grenoble i Frankrike.

Därefter har chalmersforskarna verifierat chipsets funktion och uppmätt energiförbrukningen, som knappt uppgår till en tiondel av vad dagens motsvarande felrättande kretsar drar.

Vid en hastighet för dataöverföringen på 1 terabit per sekund (1 terabit = 1 biljon bitar) har forskarna visat att chipset är så effektivt att det drar mindre energi än 2 pico joule (1 pico joule = 1 biljondels joule) per överförd bit. Detta motsvarar en effektförbrukning av 2 Watt vid denna datatakt. Jämförelsevis ligger energiåtgången vid så höga överföringshastigheter annars på cirka 50 pico joule per bit, det vill säga 50 Watt.

För mer information kontakta

Optisk hårdvara:
Peter Andrekson, ledare för forskningsprojektet och professor i fotonik vid institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap på Chalmers
peter.andrekson@chalmers.se
+46 31 772 16 06

Elektroniksystem:
Per Larsson-Edefors, professor i datorteknik vid institutionen för data- och informationsteknik på Chalmers
perla@chalmers.se
+46 31 772 17 00

Kommunikationsnätverk:
Erik Agrell, professor i kommunikationssystem vid institutionen för elektroteknik på Chalmers
agrell@chalmers.se
+46 31 772 17 62

SENASTE NYTT

- Nyheter inom industrivärlden
2020-02-20
IT-bolaget DXC Technology meddelar att de inleder ett samarbete med Ericsson.
2020-02-19
Veeam presenterar Veeam Availability Suite V10 - nästa generations backup-lösning Konduktivitetsgivare med IO-LinkHär är årets finalister i "SM för unga plåtslagare 2020"LK Armatur breddar utbudet av LK 551 HydroMix – nu med högre Kvs-värdeebm-papst deltar med två montrar på mässan Mostra Convegno den 17-20 marsSmålandshamnar Oskarshamn miljösatsar på magasinbelysning med IntenzVeidekke leder fortfarande inom klimatrapportering Snabb mellanladdning med stationär energilagringStort pris till kompakt truck: ERC 216ziTrallskruvmontage med snyggt resultatBruk med korrosionsskydd från ARDEX! Beijer slog rekordVi behöver fler kvinnliga förebilder inom IT och teknikLidköping Energi utser Valmet till leverantör av allbränslepannaBatteridrivna loggers med lång batteritidTvå procent av alla personbilar är laddbaraUtvecklad för medicinsk teknik och nu anpassad för industriapplikationerInterroll breddar lösningen för detaljhandelssektorn
2020-02-18
Metrol Springs gasfjädrar ger effektiv och säker kontrollSlagkraft presenterar nytt motorpaket och ny kran för buskröjningHållbarhetsarbete som ger global effektPMH International AB ställer ut på Underhållsmässan i Göteborg 10-13 mars 2020HCL Technologies lanserar “Women Lead”-initiativ i Norden OGD-givaren är baserade på time-of-flight principen.Kronos Titan AS får full kontroll på sin export med molntjänst från DescartesSivers IMA lanserar spjutspetsteknologi med en ny 5G mmWave Dual Quad Beamformer ICLedande elbilsexperter startar konsultbolagGARO lanserar ny egenutvecklad snabbladdareStockholmsmässan byter bränsle och minskar sin klimatpåverkanGolvlim med 40% lägre koldioxidavtryck sätter ny standard i branschenSchneider Electric expanderar sitt partnernätverk ebm-papst nya fläkt AxiEco Protect har utvecklats för applikationer med krav på hög tryckstabilitetBulten lanserar BUFOeTorell Pump lanserar en ny excenterskruvpump för dosering
2020-02-17
Korrekt förberedelse och planering för topproduktionFlera möjligheter och ett större sortiment av KIPP KulspärrbultarNy katalog från DENIOS med miljösmart utrustning för kemikaliehanteringPumpstation för dränvatten Kährs lanserar den ultimata guiden för golv till detaljhandelnNorrbottens mest digitala byggföretagNya produkter till BMI Sveriges TaksäkerhetssystemVindkraften räcker för att ersätta kärnkraftBring satsar offensivt på e-handelArtificiell intelligens hittar sjukdomsrelaterade generEn supervecka i Linköping för miljönBlue Partner fortsätter att växa!CERTEX Svenska lanserar webshopE.ON och Trianon skapar omställning med mer förnybar energi2019: Ännu ett år av dynamisk tillväxt för arval
2020-02-14
Hanwha Cobots hos LichronLissmacs nyaste maskin SMD 335 Schneider Electric vinner guld för Mureva arbets­lampor LED i iF DESIGN AWARDNy hyresdepå för lyft­utrustning.85 % av eleverna har redan fått erbjudande om jobbMatHem bygger nytt, miljö­certifierat lager i LarsbodaBoden bygger för framtidenWürth ställer ut på Underhållsmässan 2020Besök Walraven på Nordbyggmässan!Nudging skapade säkrare byggarbetsplatsNy typ av konturmätning av gods Ökat intresse för Timbersports nybörjarläger – inte minst bland tjejer
Annonser