Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, completaron recientemente un proyecto de investigación de 5 años que analiza cómo hacer que los sistemas de comunicaciones de fibra óptica sean más eficientes energéticamente. Entre sus propuestas están los circuitos inteligentes de chip de datos con corrección de errores, que refinaron para ser10 veces menos consumo de energía. El proyecto ha producido varios artículos científicos, en publicaciones que incluyen Comunicaciones de la naturaleza .
Transmitir películas y música, desplazarse por las redes sociales y usar servicios de almacenamiento basados en la nube son actividades cotidianas ahora. Pero para adaptarse a este estilo de vida digital, se necesita transmitir una gran cantidad de datos a través de cables de fibra óptica, y esa cantidad esaumentando a un ritmo casi inimaginable, consumiendo una enorme cantidad de electricidad. Esto es completamente insostenible: al ritmo actual de aumento, si no se obtuvieran ganancias de eficiencia energética, en diez años solo Internet consumiría más electricidad de la que se genera actualmente en todo el mundoLa producción de electricidad no se puede aumentar al mismo ritmo sin aumentar masivamente el uso de combustibles fósiles para la generación de electricidad, lo que a su vez conduce a un aumento significativo de las emisiones de dióxido de carbono.
"El desafío radica en satisfacer esa demanda inevitable de capacidad y rendimiento, manteniendo los costos a un nivel razonable y minimizando los impactos ambientales", dice Peter Andrekson, profesor de fotónica en el Departamento de Microtecnología y Nanociencia en Chalmers.
Peter Andrekson fue el líder del proyecto de investigación de 5 años 'Comunicación de fibra óptica eficiente en energía', que ha contribuido con avances significativos en el campo.
En la fase inicial del proyecto, los investigadores de Chalmers identificaron los mayores drenajes de energía en los sistemas de fibra óptica actuales. Con este conocimiento, diseñaron y construyeron un concepto para un sistema de transmisión de datos que consume la menor energía posible. Optimizaciónlos componentes del sistema uno contra el otro resultan en ahorros significativos de energía.
Actualmente, algunos de los componentes más intensivos en energía son chips de datos de corrección de errores, que se utilizan en sistemas ópticos para compensar el ruido y la interferencia. Los investigadores de Chalmers ahora han logrado diseñar estos chips de datos con circuitos optimizados.
"Nuestras mediciones muestran que el consumo de energía de nuestros chips refinados es aproximadamente 10 veces menor que los chips convencionales de corrección de errores", dice Per Larsson-Edefors, profesor de Ingeniería Informática en el Departamento de Ciencias e Ingeniería Informática de Chalmers.
A nivel sistémico, los investigadores también demostraron las ventajas de usar 'peines de frecuencia óptica' en lugar de tener transmisores láser separados para cada canal de frecuencia. Un peine de frecuencia óptica emite luz en todas las longitudes de onda simultáneamente, haciendo que el transmisor sea muy estable en frecuencia.Esto hace que la recepción de las señales sea mucho más fácil y, por lo tanto, más eficiente energéticamente.
El ahorro de energía también se puede lograr mediante el control de las comunicaciones de fibra óptica a nivel de red. Al modelar matemáticamente el consumo de energía en diferentes recursos de red, el tráfico de datos se puede controlar y dirigir para que los recursos se utilicen de manera óptima. Esto es especialmente valioso si el tráficovaría con el tiempo, como es el caso en la mayoría de las redes. Para esto, los investigadores desarrollaron un algoritmo de optimización que puede reducir el consumo de energía de la red hasta en un 70%.
La receta para estos éxitos ha sido el enfoque amplio del proyecto, con científicos de tres áreas de investigación diferentes que colaboran para encontrar la solución general que ahorre más energía posible, sin sacrificar el rendimiento del sistema.
Estos avances en la investigación ofrecen un gran potencial para hacer que Internet del futuro sea considerablemente más eficiente desde el punto de vista energético. Se han publicado varios artículos científicos en las tres disciplinas de investigación de hardware óptico, sistemas electrónicos y redes de comunicación.
"Mejorar la eficiencia energética de la transmisión de datos requiere una competencia multidisciplinaria. Los desafíos se encuentran en los puntos de encuentro entre hardware óptico, ciencias de la comunicación, ingeniería electrónica y más. Es por eso que este proyecto ha tenido tanto éxito", dice Erik Agrell, profesor de sistemas de comunicacionesen el Departamento de Ingeniería Eléctrica en Chalmers.
Más sobre la investigación
El proyecto de investigación de 5 años 'Comunicación de fibra óptica eficiente en energía' se desarrolló entre 2014 y 2019, y fue financiado por la Fundación Knut y Alice Wallenberg. La investigación podría tener un enorme potencial para hacer que el uso futuro de Internet sea significativamente más eficiente en energía.ha dado lugar a varias publicaciones de investigación dentro de las tres disciplinas científicas de hardware óptico, sistemas electrónicos y redes de comunicaciones, incluidas las tres siguientes :
Arquitecturas VLSI de alto rendimiento y eficiencia energética para códigos similares a productos en el Journal of Lightwave Technology
comunicaciones de ondas de luz coherentes de fase con peines de frecuencia, en la revista Nature Communications
Configuración conjunta del tráfico eficiente y aprovisionamiento de servicios para redes ópticas elásticas metropolitanas, en la revista IEEE / OSA Journal of Optical Communications and Networking
Más información sobre los chips de datos inteligentes o de corrección de errores, o circuitos integrados:
Los chips de datos, o circuitos integrados, han sido diseñados por Chalmers y fabricados en Grenoble en Francia. Los investigadores de Chalmers posteriormente verificaron el rendimiento de los chips y midieron el uso de energía, que era solo una décima parte de los chips actuales de corrección de errores.Con una velocidad de transferencia de datos de 1 terabit por segundo 1 terabit = 1 billón de bits, se ha demostrado que los diseños de corrección de errores de Chalmers extraen una energía de alrededor de 2 picojulios 1 picojulio = 1 billonésima parte de un julio por bit. Esto equivalea un consumo de energía de 2 vatios a esta velocidad de datos. Comparativamente, el uso actual de energía a velocidades de transferencia tan altas es de alrededor de 50 picojulios por bit, alrededor de 50 vatios ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Chalmers . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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