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– A internet surgiu no debate público como um risco climático que causa emissões de dióxido de carbono tão altas quanto aquelas originadas de viagens de avião. Por cinco anos, pesquisas na Chalmers estão em andamento para construir modelos para tráfego de dados com eficiência energética. Até agora, os pesquisadores conseguiram reduzir o consumo de energia para um décimo nas áreas especificadas.
Artigo by Chalmers: Estamos transmitindo filmes e músicas, salvando nossas imagens na nuvem e estamos constantemente conectados a todas as oportunidades que a internet oferece. O uso de um smartphone normal requer tanta eletricidade quanto uma geladeira. No entanto, o carregamento do telefone celular representa apenas uma parte insignificante dessa energia. O restante da eletricidade não está sendo usado em nossas casas, mas em data centers que abrigam os dados armazenados na nuvem e durante o transporte de dados através de cabos de fibra ótica, às vezes com centenas de quilômetros de extensão.
Um imenso aumento no tráfego de dados
A quantidade de dados transportados via cabos de fibra ótica está aumentando a uma taxa quase inimaginável. E o mesmo acontece com o consumo de energia do tráfego de dados. Se nada for feito sobre a situação, dentro de dez anos, a internet consumirá mais eletricidade do que a produzida globalmente.
“É um grande desafio para a sociedade e para nós, como pesquisadores, resolver a equação de como atender à demanda por capacidade e desempenho de dados, mantendo os custos em um nível razoável e minimizando o impacto ambiental. Não menos importante, exige uma maneira completamente nova de otimizar os sistemas técnicos, diz Peter Andrekson, professor de fotônica da Chalmers, que nos últimos cinco anos liderou um grande projeto de pesquisa com o objetivo de construir um modelo futuro de energia, comunicação de fibra óptica eficiente.
A intenção do projeto foi localizar os consumidores de energia dominantes nos sistemas de fibra ótica, e então projetar e construir um modelo que use apenas um décimo da energia dos sistemas existentes. Para ter sucesso nisso, uma abordagem ampla foi aplicada. Três diferentes perspectivas científicas foram unidas – hardware óptico, hardware eletrônico e teoria da informação, a fim de realizar a coordenação e transferência de dados da melhor maneira possível.
Muitos pequenos ladrões de energia
Algo que, pelo menos até certo ponto, foi uma surpresa para os pesquisadores foi o fato de que há muitos pequenos ladrões de energia com o potencial de afetar o sistema – não alguns poucos gargalos a serem resolvidos.
“Exemplos de tais ladrões de energia são os processadores de sinais nos transmissores e receptores nos sistemas ópticos”, diz Erik Agrell, professor de sistemas de comunicação, que neste projeto foi responsável pelo desenvolvimento de modelos matemáticos para projetar novos tipos de transmissores mais eficientes. e algoritmos do receptor. “Maiores taxas de transferência de dados estão exigindo transmissores e receptores com a capacidade de lidar com sinais mais fortes. No entanto, com a ajuda de códigos de correção de erros, os requisitos do hardware óptico podem ser parcialmente reduzidos. Por outro lado, também consome mais energia, porque o hardware eletrônico de correção de erros também é executado em eletricidade. Este é um exemplo concreto da necessidade de encontrar um equilíbrio entre desempenho, custo e consumo de energia, a fim de escolher a melhor solução em cada caso individual. ”
Dentro da estrutura do projeto, os chips contendo código de correção de erros foram projetados em Chalmers e depois personalizados nos EUA. Posteriormente, os chips foram testados para verificar se os modelos teóricos e as simulações do consumo de energia estão corretos, também na prática.
Visa reduzir o consumo de energia para um décimo
Os pré-requisitos para a criação do sistema ideal diferem, entre outras coisas, dependendo da distância em que os dados estão sendo transportados. Por um lado, os pesquisadores estudaram a comunicação de dados em curtas distâncias, de 1 a 500 metros, que ocorrem, por exemplo, em data centers e em clusters de computação baseados em rede. Por outro lado, a pesquisa também tem se concentrado em sistemas óticos maiores, onde o tráfego de muitos usuários percorre simultaneamente distâncias de até centenas de quilômetros.
O objetivo do projeto, reduzir o consumo de energia a um décimo em relação aos modelos usados hoje, parecia ser bastante difícil.
“Dentro das áreas definidas, somos capazes de afirmar – não sem orgulho – que conseguimos atingir os níveis que almejamos”, diz Peter Andrekson. “Isto aplica-se não menos à redução de potência graças ao código de correção de erros. Também recebemos um bom feedback sobre os resultados científicos que apresentamos. No entanto, as empresas comerciais não estão particularmente dispostas a contribuir para este tipo de pesquisa. Por razões competitivas, eles mantêm seus conhecimentos para si mesmos, mas, por outro lado, não hesitam em aplicar os resultados da academia ”.
Abordagem interdisciplinar
Para apresentar resultados que realmente otimizam o sistema como um todo, e não apenas as partes constituintes, os pesquisadores trabalharam interdisciplinariamente em três campos de pesquisa. No total, o projeto resultará em cinco teses de doutorado. Os estudantes de doutorado trabalharam em pares circulando pelas fronteiras departamentais – uma abordagem que tem sido a base para alcançar os resultados da pesquisa em uma perspectiva ampla.
“Para ser honesto, o processo de entender completamente os conceitos uns dos outros dentro do projeto tem consumido muito tempo. Embora trabalhemos em áreas de pesquisa relacionadas, existem diferenças culturais entre nossas áreas de especialização. A Chalmers tem uma força no centro de competência FORCE, que coordena a pesquisa em comunicação de fibra óptica ”, diz Peter Andrekson, que também é o diretor desse centro. “Estamos agora expandindo, graças à mudança do grupo de pesquisa Redes Óticas para Chalmers da KTH em Estocolmo.”
Economia sustentável da internet
“Para obter uma Internet que seja sustentável do ponto de vista dos recursos, três perspectivas diferentes devem ser aplicadas, diz Erik Agrell. Em primeiro lugar, trata-se de desenvolver e usar tecnologia de comunicação que seja eficiente em termos energéticos e, nessa perspectiva, podemos contribuir como pesquisadores. Em segundo lugar, trata-se de aumentar a conscientização e criar incentivos para que cada um de nós, como usuários da Internet, não desperdice desnecessariamente o tráfego de dados. Neste caso, a pessoa individual, bem como a sociedade em geral, e os nossos políticos, têm uma responsabilidade compartilhada de manter a sustentabilidade. E, finalmente, é importante para o clima que as fontes de energia sejam usadas em cada país para produzir a eletricidade – quanto menos combustíveis fósseis e mais renováveis, melhor.
“Estou convencido de que estamos caminhando para uma mudança de paradigma”, conclui. “Em um futuro não muito distante, a transferência de dados e cálculos pesados na internet serão vistos como recursos para economizar, não como ativos livres e ilimitados”.
Mais sobre a pesquisa
A pesquisa foi financiada pela Fundação Knut e Alice Wallenberg durante cinco anos a partir de 2014, com 33,9 MSEK.
Para mais informações entre em contato:
Peter Andrekson, Professor de fotônica, Departamento de Microtecnologia e Nanociência, Chalmers University of Technology, peter.andrekson@chalmers.se
Erik Agrell, professor de sistemas de comunicação, Departamento de Engenharia Elétrica, Chalmers University of Technology, agrell@chalmers.se
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