通過系統優化使互聯網更加節能

瑞典查爾默斯科技大學的研究人員最近完成了一個為期5年的研究項目，研究如何使光纖通信系統更節能。他們的建議中包括智能的糾錯數據晶元電路，將其精簡後的能耗降低了10倍。該項目已在包括Nature Communications在內的出版物中發表了幾篇科學文章。

現在，流媒體電影和音樂，滾動社交媒體以及使用基於雲的存儲服務已成為日常活動。但是，為了適應這種數字生活方式，需要通過光纖電纜傳輸大量數據，並且該數量正以幾乎無法想像的速度增長，從而消耗了大量的電力。這是完全不可持續的-以目前的速度增長，如果沒有提高能效，僅十年之內，互聯網將消耗的電能將超過當前全球產生的電能。如果不大量增加化石燃料的發電量，就無法以相同的速度提高發電量，從而導致二氧化碳排放量顯著增加。

Chalmers的微技術和Nano科學系的光子學教授Peter Andrekson說：「挑戰在於滿足對容量和性能的不可避免的需求，同時將成本保持在合理的水平並最小化對環境的影響。」

彼得·安德烈克森（Peter Andrekson）擔任了為期5年的「節能光纖通信」研究項目的負責人，該項目為該領域做出了重大貢獻。

在項目的早期階段，查默斯（Chalmers）研究人員確定了當今光纖系統中最大的能量消耗。有了這些知識，他們便為數據傳輸系統設計並建立了一個概念，該系統消耗的能量儘可能少。相對於彼此優化系統的組件可以節省大量能源。

當前，一些最耗能的組件是糾錯數據晶元，它們在光學系統中用於補償雜訊和干擾。查默斯（Chalmers）研究人員現在已經成功地用優化的電路設計了這些數據晶元。

查爾默斯大學計算機科學與工程系計算機工程教授Per Larsson-Edefors說：「我們的測量結果表明，精製晶元的能耗比傳統的糾錯晶元低約10倍。」

在系統層面上，研究人員還展示了使用「光學頻率梳」而不是為每個頻道使用單獨的激光發射器的優勢。光學頻率梳會同時發射所有波長的光，從而使發射器的頻率非常穩定。這使信號的接收更加容易-從而更加節能。

還可以通過在網路級別控制光纖通信來節省能源。通過對不同網路資源中的能耗進行數學建模，可以控制和定向數據流量，從而優化利用資源。如果流量隨時間變化，這在大多數網路中都是特別有價值的。為此，研究人員開發了一種優化演算法，可以將網路能耗降低多達70％。

這些成功的秘訣一直是該項目的廣泛方法，來自三個不同研究領域的科學家合作尋找儘可能節能的整體解決方案，而不犧牲系統性能。

這些研究突破為使未來的互聯網更加節能提供了巨大的潛力。在光學硬體，電子系統和通信網路這三個研究領域中已發表了幾篇科學文章。

「提高數據傳輸的能源效率需要多學科的能力。挑戰在於光學硬體，通信科學，電子工程等之間的交匯點。這就是該項目如此成功的原因」，該系統通信系統教授Erik Agrell說道。查默斯電氣工程系。

有關研究的更多信息

為期5年的研究項目“節能光纖通信”於2014年至2019年進行，由Knut和Alice Wallenberg基金會資助，該研究具有巨大的潛力，可以使未來的互聯網使用顯著提高能源效率。它在光學硬體，電子系統和通信網路這三個科學學科中產生了一些研究出版物，其中包括以下三個：

《光波技術雜誌》中用於像產品代碼的高能效高通量VLSI架構

《自然通訊》雜誌上的帶有頻率梳的相位相干光波通訊

針對都市彈性光網路的聯合高效功率流量整形和服務提供，見《 IEEE / OSA光通信與網路雜誌》，

有關智能，糾錯數據晶元或集成電路的更多信息：

數據晶元或集成電路由Chalmers設計，並在法國格勒諾布爾製造。查默斯（Chalmers）研究人員隨後驗證了該晶元的性能並測量了能耗，這只是當前糾錯晶元的十分之一。在每秒1 TB的數據傳輸速度（1 TB = 1萬億位）下，Chalmers糾錯設計已顯示出每位約2皮焦耳（1皮焦耳= 1萬億焦耳的萬億焦耳）的能量。在此數據速率下，這相當於2瓦的功耗。相比之下，在如此高的傳輸速度下，當前的能量消耗約為每比特50皮焦耳，約50瓦。」

有所作為：贊助機會

故事來源：

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