通过系统优化使互联网更加节能

瑞典查尔默斯科技大学的研究人员最近完成了一个为期5年的研究项目,研究如何使光纤通信系统更节能。他们的建议中包括智能的纠错数据芯片电路,将其精简后的能耗降低了10倍。该项目已在包括Nature Communications在内的出版物中发表了几篇科学文章。

现在,流媒体电影和音乐,滚动社交媒体以及使用基于云的存储服务已成为日常活动。但是,为了适应这种数字生活方式,需要通过光纤电缆传输大量数据,并且该数量正以几乎无法想象的速度增长,从而消耗了大量的电力。这是完全不可持续的-以目前的速度增长,如果没有提高能效,仅十年之内,互联网将消耗的电能将超过当前全球产生的电能。如果不大量增加化石燃料的发电量,就无法以相同的速度提高发电量,从而导致二氧化碳排放量显着增加。

Chalmers的微技术和Nano科学系的光子学教授Peter Andrekson说:“挑战在于满足对容量和性能的不可避免的需求,同时将成本保持在合理的水平并最小化对环境的影响。”

彼得·安德烈克森(Peter Andrekson)担任了为期5年的“节能光纤通信”研究项目的负责人,该项目为该领域做出了重大贡献。

在项目的早期阶段,查默斯(Chalmers)研究人员确定了当今光纤系统中最大的能量消耗。有了这些知识,他们便为数据传输系统设计并建立了一个概念,该系统消耗的能量尽可能少。相对于彼此优化系统的组件可以节省大量能源。

当前,一些最耗能的组件是纠错数据芯片,它们在光学系统中用于补偿噪声和干扰。查默斯(Chalmers)研究人员现在已经成功地用优化的电路设计了这些数据芯片。

查尔默斯大学计算机科学与工程系计算机工程教授Per Larsson-Edefors说:“我们的测量结果表明,精制芯片的能耗比传统的纠错芯片低约10倍。”

在系统层面上,研究人员还展示了使用“光学频率梳”而不是为每个频道使用单独的激光发射器的优势。光学频率梳会同时发射所有波长的光,从而使发射器的频率非常稳定。这使信号的接收更加容易-从而更加节能。

还可以通过在网络级别控制光纤通信来节省能源。通过对不同网络资源中的能耗进行数学建模,可以控制和定向数据流量,从而优化利用资源。如果流量随时间变化,这在大多数网络中都是特别有价值的。为此,研究人员开发了一种优化算法,可以将网络能耗降低多达70%。

这些成功的秘诀一直是该项目的广泛方法,来自三个不同研究领域的科学家合作寻找尽可能节能的整体解决方案,而不牺牲系统性能。

这些研究突破为使未来的互联网更加节能提供了巨大的潜力。在光学硬件,电子系统和通信网络这三个研究领域中已发表了几篇科学文章。

“提高数据传输的能源效率需要多学科的能力。挑战在于光学硬件,通信科学,电子工程等之间的交汇点。这就是该项目如此成功的原因”,该系统通信系统教授Erik Agrell说道。查默斯电气工程系。

有关研究的更多信息

为期5年的研究项目“节能光纤通信”于2014年至2019年进行,由Knut和Alice Wallenberg基金会资助,该研究具有巨大的潜力,可以使未来的互联网使用显着提高能源效率。它在光学硬件,电子系统和通信网络这三个科学学科中产生了一些研究出版物,其中包括以下三个:

《光波技术杂志》中用于像产品代码的高能效高通量VLSI架构

《自然通讯》杂志上的带有频率梳的相位相干光波通讯

针对都市弹性光网络的联合高效功率流量整形和服务提供,见《 IEEE / OSA光通信与网络杂志》,

有关智能,纠错数据芯片或集成电路的更多信息:

数据芯片或集成电路由Chalmers设计,并在法国格勒诺布尔制造。查默斯(Chalmers)研究人员随后验证了该芯片的性能并测量了能耗,这只是当前纠错芯片的十分之一。在每秒1 TB的数据传输速度(1 TB = 1万亿位)下,Chalmers纠错设计已显示出每位约2皮焦耳(1皮焦耳= 1万亿焦耳的万亿焦耳)的能量。在此数据速率下,这相当于2瓦的功耗。相比之下,在如此高的传输速度下,当前的能量消耗约为每比特50皮焦耳,约50瓦。”

有所作为:赞助机会

故事来源:

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