Ricercatori presso la Chalmers University of Technology, Svezia, ha 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 smart, circuiti di chip di dati a correzione di errori che consumano 10 volte meno energia. Il progetto ha prodotto diversi articoli scientifici in pubblicazioni tra cui Comunicazioni sulla natura .

Streaming di film e musica, scorrendo sui social, e l'utilizzo di servizi di archiviazione basati su cloud sono ormai attività quotidiane. Ma per adattarsi a questo stile di vita digitale è necessario trasmettere un'enorme quantità di dati tramite cavi in ​​fibra ottica, e tale quantità sta aumentando a una velocità quasi inimmaginabile, consumando una quantità enorme di elettricità. Questo è insostenibile:al tasso di crescita attuale, 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 massicciamente 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 sta nel soddisfare quell'inevitabile richiesta di capacità e prestazioni, mantenendo i costi a un livello ragionevole e riducendo al minimo gli impatti ambientali, "dice Peter Andrekson, professore di fotonica presso il Dipartimento di Microtecnologie e Nanoscienze di Chalmers.

Andrekson è stato il leader del progetto di ricerca quinquennale, che ha contribuito a significativi progressi nel settore. 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 dispendiosi dal punto di vista energetico sono i chip di dati per la correzione degli errori, che vengono 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 energetico dei nostri chip raffinati è circa 10 volte inferiore rispetto ai tradizionali chip a correzione di errori, "dice 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 ottica 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 indirizzato in modo che le risorse vengano utilizzate in modo ottimale. Ciò è particolarmente utile se il traffico varia nel tempo, come 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, sistemi elettronici e reti di comunicazione.

"Migliorare l'efficienza energetica della trasmissione dati richiede competenze multidisciplinari. Le sfide si trovano nei punti di incontro tra hardware ottico, scienze della comunicazione, ingegneria elettronica e altro ancora. Ecco perché questo progetto ha avuto così tanto successo, "dice Erik Agrell, professore di sistemi di comunicazione presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica di 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, sistemi elettronici e reti di comunicazione.