Rendere Internet più efficiente dal punto di vista energetico attraverso l’ottimizzazione sistemica

I ricercatori della Chalmers University of Technology, in Svezia, hanno recentemente completato un progetto di ricerca quinquennale per rendere i sistemi di comunicazione in fibra ottica più efficienti dal punto di vista energetico. Tra le loro proposte ci sono circuiti di chip di dati intelligenti e correttivi che consumano 10 volte meno energia. Il progetto ha prodotto diversi articoli scientifici in pubblicazioni tra cui Comunicazioni sulla natura.

Lo streaming di film e musica, lo scorrimento dei social media e l’utilizzo di servizi di archiviazione basati su cloud sono attività quotidiane ormai. Ma per adattarsi a questo stile di vita digitale è necessario trasmettere un’enorme quantità di dati attraverso cavi in ​​fibra ottica, e tale quantità sta aumentando a una velocità quasi inimmaginabile, consumando un’enorme quantità di elettricità. Questo è insostenibile: l’attuale tasso di aumento, senza guadagni di efficienza energetica, entro 10 anni, Internet da solo consumerà più elettricità di quella attualmente generata in tutto il mondo. La produzione di elettricità non può essere aumentata allo stesso ritmo senza aumentare in modo massiccio l’uso di combustibili fossili per la produzione di elettricità, portando a sua volta a un aumento significativo delle emissioni di anidride carbonica.

“La sfida consiste nel soddisfare l’inevitabile richiesta di capacità e prestazioni, mantenendo i costi a un livello ragionevole e riducendo al minimo gli impatti ambientali”, afferma Peter Andrekson, professore di fotonica presso il Dipartimento di microtecnologia e nanoscienze di Chalmers.

Andrekson è stato il leader del progetto di ricerca quinquennale, che ha contribuito a significativi progressi nel campo. Nella prima fase del progetto, i ricercatori di Chalmers hanno identificato i maggiori scarichi energetici nei sistemi in fibra ottica. Con questa conoscenza, hanno progettato e costruito un concetto per un sistema di trasmissione dati che consuma meno energia possibile. L’ottimizzazione dei componenti del sistema l’uno rispetto all’altro si traduce in un notevole risparmio energetico.

Attualmente, alcuni dei componenti più energivori sono i chip di dati per la correzione degli errori, utilizzati nei sistemi ottici per compensare il rumore e le interferenze. I ricercatori di Chalmers hanno ora riprogettato questi chip di dati con circuiti ottimizzati. “Le nostre misurazioni mostrano che il consumo di energia dei nostri chip raffinati è circa 10 volte inferiore rispetto ai tradizionali chip di correzione degli errori”, afferma Per Larsson-Edefors, professore di ingegneria informatica presso il Dipartimento di informatica e ingegneria di Chalmers.

A livello sistemico, i ricercatori hanno anche dimostrato i vantaggi dell’utilizzo di pettini di frequenza ottici invece di utilizzare trasmettitori laser separati per ciascun canale di frequenza. Un pettine di frequenza ottico emette luce a tutte le lunghezze d’onda contemporaneamente, rendendo il trasmettitore molto stabile in frequenza. Ciò rende la ricezione dei segnali molto più semplice e quindi più efficiente dal punto di vista energetico.

Il risparmio energetico può essere ottenuto anche controllando le comunicazioni in fibra ottica a livello di rete. Modellando matematicamente il consumo di energia in diverse risorse di rete, il traffico dati può essere controllato e diretto in modo che le risorse vengano utilizzate in modo ottimale. Ciò è particolarmente utile se il traffico varia nel tempo, come avviene nella maggior parte delle reti. Per questo, i ricercatori hanno sviluppato un algoritmo di ottimizzazione in grado di ridurre il consumo energetico della rete fino al 70%.

I ricercatori hanno cercato la soluzione globale più efficiente possibile senza sacrificare le prestazioni del sistema. Queste scoperte di ricerca offrono un grande potenziale per rendere l’Internet del futuro notevolmente più efficiente dal punto di vista energetico. Diversi articoli scientifici sono stati pubblicati nelle tre discipline di ricerca dell’hardware ottico, dei sistemi elettronici e delle reti di comunicazione.

“Migliorare l’efficienza energetica della trasmissione dei dati richiede una competenza multidisciplinare. Le sfide si trovano nei punti di incontro tra hardware ottico, scienza delle comunicazioni, ingegneria elettronica e altro ancora. Ecco perché questo progetto ha avuto così tanto successo”, afferma Erik Agrell, professore di sistemi di comunicazione presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica a Chalmers.

La ricerca potrebbe avere un enorme potenziale per rendere le tecnologie Internet significativamente più efficienti dal punto di vista energetico. Ha portato a diverse pubblicazioni di ricerca nell’ambito delle tre discipline scientifiche dell’hardware ottico, dei sistemi elettronici e delle reti di comunicazione.