Foto: Bax Lindhardt

Sådan tøjles internettets energiforbrug

tirsdag 03 dec 19
|
af Morten Andersen

Kontakt

Niels-Kristian Hersoug
Senior Projektchef
DTU Fotonik
40 60 70 68

Kontakt

Leif Katsuo Oxenløwe
Professor, Gruppeleder
DTU Fotonik
45 25 37 84

Så meget strøm sluger nettet

En times streaming af en film i HD-kvalitet på Netflix eller en anden streamingtjeneste bruger lige så meget energi som at koge otte liter vand i en elkedel. Det svarer til udslip af 163 gram CO2. Når fire gamere spiller Fornite i to timer, bruger de 140 watt-timer, svarende til at koge 1,2 liter vand i en elkedel. Det svarer til udslip af 24 gram CO2.

KILDE: BEREGNINGER UDFØRT AF BL.A. FORSKERE VED DTU FOTONIK FOR DAGBLADET POLITIKEN.

INCOM-projektet

I projektet ’Innovative Solutions for Next Generation Communications Infrastructure’ (INCOM) arbejder DTU, Aarhus Universitet og 12 danske virksomheder sammen om at skabe fremtidens bæredygtige optiske kommunikation.

Det samlede budget er 100 mio. kr., hvoraf Innovationsfonden bidrager med de 60 mio. kr., mens de sidste 40 mio. kr. kommer fra partnerne.

De deltagende virksomheder er Accelink Denmark, Bifrost Communications, Chocolate Cloud, Comcores, Danish Optical Fiber Innovation, Develco Products, Mellanox Technologies Denmark, Napatech, NKT Photonics, OFS Fitel Denmark, Telia Denmark og Zeuxion.

Internettet er uundværligt, men vi bliver nødt til at få styr på de udslip af CO2, som den stigende datatransmission medfører. Svaret er mere energieffektive optiske systemer.

Hurtigere, billigere, mere kraftfulde. Sådan har mantraet lydt gennem de seneste årtier for den hæsblæsende udvikling inden for optiske fiberforbindelser, der sender data med lysets hastighed gennem internettet. Men nu tager et nyt argument over: hensynet til klimaet. Internettets energiforbrug skal tøjles.

”Det er umuligt at udbygge forsyningen med vedvarende energi, i samme takt som energiforbruget til datakommunikation vokser. Derfor er den nuværende situation uholdbar. Men løsningen er ikke at forbyde folk at spille Fortnite og downloade film. Heldigvis viser vores forskning, at det er muligt at sænke energiforbruget pr. transporteret datamængde virkelig markant ved hjælp af nye landvindinger inden for optisk transmission,” siger energi Niels Hersoug, seniorprojektleder ved DTU Fotonik. Han leder projektet INCOM (Inovative Solutions for Next Generation Communications Infrastructure), hvor DTU og Aarhus Universitet sammen med 12 danske virksomheder arbejder på at skabe fremtidens bæredygtige, energieffektive optiske kommunikation.

Endnu flere data med IoT og 5G

Selv hvis man puljer indholdet af alle de bøger og andre skrifter, som blev skabt fra menneskehedens fødsel frem til år 2000, er det for lidt til at matche den mængde data, der bliver transmitteret på kloden en enkelt tilfældig dag i 2019. Det enorme niveau af datatransmission koster energi. Nærmere bestemt lægger datatransmission beslag på 8-9 pct. af verdens elforbrug. Det svarer til ca. 2 pct. af verdens udledning af CO2.

Læg dertil, at vi langtfra har set toppen endnu. Internet of Things (IoT), hvor maskiner kommunikerer direkte med hinanden ved hjælp af internettet, er endnu kun i sin vorden. Når IoT folder sig helt ud, vil der opstå et meget stort behov for transmission af data mellem maskiner. Desuden vil den næste generation af mobil kommunikation, 5G, pumpe mængden af transmitterede data yderligere op.

Noget må der altså ske. Nærmere bestemt skal vi satse på optisk transmission, som grundlæggende er langt mere energieffektiv end elektronisk kommunikation (se forklaring side 20). Det er da også for længst en realitet, at optisk transmission har fortrængt elektronisk transmission på internettets ’backbone’ – altså de hovedveje, hvor de virkelig store datamængder bliver overført.

Konverteringer koster energi

Med andre ord bruger vi lyset til at overføre data på længere afstande, mens det stadig er elektroner, der bærer data på kortere afstande som f.eks. i vores computere og mobiltelefoner. I takt med at de optiske komponenter bliver optimeret, vil de vinde frem. Dels fordi de i sig selv kan blive meget energieffektive, dels fordi man så kan slippe for en del af den konvertering, som i dag sker frem og tilbage mellem elektronisk og optisk transmission. Data bliver typisk født elektronisk – i f.eks. computeren eller mobiltelefonen – derefter konverteret til optiske signaler, transmitteret optisk og igen konverteret tilbage til elektronisk form. Hver konvertering koster energi.

Med andre ord vil internettet blive mere bæredygtigt, jo mere af transmissionen og signalbehandlingen der kan finde sted på optisk form.

Samtidig er det målsætningen i INCOM-projektet at mindske energi Niels forbruget i den transmission, som allerede sker optisk i dag.

”Forskning her på instituttet har dokumenteret, at det er muligt at forbedre den optiske transmission dramatisk,” siger Niels Hersoug.

Stærkt optisk miljø i Danmark

Perspektivet i optisk transmission blev understreget på DTU Fotonik i 2012. Her satte en forskningsgruppe med professor Leif Katsuo Oxenløwe i spidsen verdensrekord ved at transmittere 661 Tbit i sekundet gennem en enkelt fiber. Det svarer til at transmittere hele verdens datakommunikation gennem en enkelt fiber.

”Det er der selvfølgelig ikke behov for at gøre i praksis. Men rekorden illustrerer potentialet i optisk kommunikation. Der er et endog meget stort spillerum for, at der kan overføres langt større datamængder end i dag, uden at energiforbruget stiger tilsvarende,” siger Niels Hersoug og understreger vækstmulighederne for de danske virksomheder i branchen:

”Meget udspringer af det optiske miljø, som blev bygget op omkring NKT Group fra midten af 1980’erne og frem. Virksomheden grundlagde selv flere datterselskaber og spinout- virksomheder. Samtidig opstod der et stærkt akademisk miljø, bl.a. her på DTU. Dermed er det en særlig dansk chance at udvikle løsninger på området, selvom der i sagens natur er tale om en global problemstilling.”

Derfor har optisk transmission lavt energiforbrug

Forestil dig, at du lyser ned gennem en mørk korridor med en lommelygte. Det går fint, men hvad nu, hvis du vil have dit lys til at fortsætte rundt om et hjørne og ned ad en ny korridor? Løsningen må være at anbringe et spejl for enden af den første korridor. Dette er netop, hvad fiberoptisk kommunikation går ud på. Blot er spejlet ikke synligt. Det sidder inde i fiberen. Det er muligt at designe fiberen sådan, at lyset reflekteres inde i fiberen og fortsætter rundt om bøjninger.

I fiberoptisk transmission bruger man ikke en lommelygte som lyskilde, men en laserkilde, der udsender nærinfrarøde elektromagnetiske bølger – lyspulser – med fast bølgelængde. Når designet af fiberen er rigtigt i forhold til bølgelængden af lyset, er det muligt at opnå såkaldt fuld indre refleksion. Dvs. at lyset vandrer gennem fiberen uden det tab, som man altid har ved elektronisk dataoverførsel.

Historien er dog ikke helt slut her, for selv med fuld indre refleksion sker der en lille svækkelse af lysets styrke med afstanden. Derfor er det nødvendigt at indsætte forstærkere i meget lange optiske kabler.

Ud over til forstærkerne har man energiforbrug to andre steder: Det første er til den transmitter, der genererer lyspulserne og samtidig koder dem med de data, der skal transmitteres. Det andet er i den enhed, der modtager og afkoder signalerne i den anden ende.

Så uagtet de meget små tab i optiske kabler er der naturligvis et energiforbrug. Det er blot mange størrelsesordener lavere end ved elektronisk transmission.

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.
https://www.space.dtu.dk/nyheder/Nyhed?id=%7BBBDBC008-51FC-49F0-884D-D8CA5F3E6271%7D
2 APRIL 2020