Исследователи из Технологического университета Чалмерса, Швеция, недавно завершили 5-летний исследовательский проект, посвященный тому, как сделать оптоволоконные системы связи более энергоэффективными. Среди их предложений - "умные" микросхемы для коррекции ошибок данных, которые они усовершенствовали до уровня, в 10 раз более низкого энергопотребления. В рамках проекта было опубликовано несколько научных статей, в том числе в журнале Nature Communications.
Потоковое воспроизведение фильмов и музыки, прокрутка в социальных сетях и использование облачных сервисов хранения данных теперь являются повседневной деятельностью. Но для того, чтобы приспособиться к такому цифровому образу жизни, огромный объем данных должен передаваться по оптоволоконным кабелям - и этот объем растет почти невообразимыми темпами, потребляя огромное количество электроэнергии. Производство электроэнергии не может быть увеличено такими же темпами без резкого увеличения использования ископаемого топлива для производства электроэнергии, что, в свою очередь, ведет к значительному увеличению выбросов углекислого газа.
Питер Андрексон был лидером 5-летнего исследовательского проекта "Энергоэффективная оптоволоконная связь", который способствовал значительным достижениям в этой области.
В настоящее время одними из наиболее энергоемких компонентов являются микросхемы для коррекции ошибок данных, которые используются в оптических системах для компенсации шумов и помех. В настоящее время исследователям компании Chalmers удалось разработать эти чипы данных с оптимизированными схемами.
На системном уровне исследователи также продемонстрировали преимущества использования "оптических частотных расчесок" вместо того, чтобы иметь отдельные лазерные передатчики для каждого частотного канала. Оптический частотный гребень излучает свет одновременно на всех длинах волн, что делает передатчик очень частотным. Это значительно облегчает прием сигналов - и, следовательно, повышает энергоэффективность.
Экономия энергии может быть также достигнута за счет управления оптоволоконной связью на уровне сети. Путем математического моделирования энергопотребления различных сетевых ресурсов можно управлять и направлять трафик данных таким образом, чтобы ресурсы использовались оптимально. Это особенно ценно, если трафик меняется во времени, как это происходит в большинстве сетей. Для этого исследователи разработали алгоритм оптимизации, который позволяет снизить энергопотребление сети до 70%.
Рецептом этих успехов стал широкий подход проекта, в рамках которого ученые из трех различных областей исследований сотрудничали с целью поиска наиболее энергосберегающего общего решения без ущерба для производительности системы.
Эти исследовательские прорывы открывают большие возможности для того, чтобы сделать Интернет будущего значительно более энергоэффективным. Несколько научных статей было опубликовано в трех исследовательских дисциплинах - оптическое оборудование, электронные системы и сети связи.
"Повышение энергоэффективности передачи данных требует многопрофильной компетенции. Проблемы стоят на стыке оптического оборудования, науки о коммуникациях, электронной инженерии и многого другого. Вот почему этот проект оказался таким успешным", - говорит Эрик Агрелл, профессор по коммуникационным системам на кафедре электротехники в Чалмерсе.
Подробнее об исследованиях
Пятилетний исследовательский проект "Энергоэффективная оптоволоконная связь", который проводился в 2014-2019 годах и финансировался Фондом Кнута и Элис Валленберг, может иметь огромный потенциал для того, чтобы сделать использование Интернета в будущем значительно более эффективным с точки зрения потребления энергии. Исследования могут иметь огромный потенциал для того, чтобы сделать использование Интернета в будущем значительно более эффективным с точки зрения потребления энергии:
Энергоэффективная высокопроизводительная СБИС-архитектура для производственных кодов в журнале "Световолновая технология".
Фазовая когерентная световолновая связь с частотными гребнями, в журнале "Nature Communications".
Совместное энергосберегающее формирование трафика и предоставление услуг для городских эластичных оптических сетей, в журнале IEEE/OSA Journal of Optical Communications and Networking.
