661 terabit pr. sekund. Så meget data har et forskerhold fra DTU Fotonik formået at sende gennem et fiberkabel med én enkelt lyskilde. Det er verdensrekord.
»Det svarer til mere end det dobbelte af verdens samlede internettrafik, som i dag ligger på omkring 300 terabit pr. sekund,« siger professor på DTU Fotonik Leif Katsuo Oxenløwe, der er en af forskerne bag forsøget og leder af grundforskningscentret Silicon Photonics for Optical Communications (SPOC), der har drevet indsatsen.
Resultatet blev for nylig publiceret som et såkaldt postdeadline-paper og præsenteret på konferencen ’Conference on Lasers and Electro-Optics’ (CLEO) i San Jose, USA.
\ 51 millioner gange hurtigere end danskernes internet
DTU sendte 661 terabit per sekund gennem et enkelt fiberkabel. Men hvad svarer det egentlig til?
Ifølge en rapport fra den amerikanske it-virksomhed Akamai havde Danmark i andet kvartal af 2015 en gennemsnitlig internethastighed på 12,9 megabit per sekund.
1.000 megabit svarer til én gigabit. Og 1.000 gigabit svarer til én terabit. Lommeregneren afslører dermed, at 661 terabit per sekund er 51.240.310 gange hurtigere end den gennemsnitlige danske internethastighed i 2015. Det svarer også til, at man ville kunne downloade hele Spotifys 42 petabyte musikkatalog på mindre end 9 minutter.
Det kan blive en vigtig brik i at reducere verdens energiforbrug i fremtiden.
»Kommunikationsteknologi står i dag for cirka 10 procent af verdens samlede forbrug af elektricitet, og det vokser eksponentielt med mindst 30 procent om året. Derfor er det nødvendigt at udvikle teknologier, som kan reducere energiforbruget,« forklarer Leif Katsuo Oxenløwe.
Internettet sluger strøm
Det høje energiforbrug stammer især fra internettet, som står for den voldsomme eksponentielle stigning. Internettet er en energisynder, fordi internettets infrastruktur består af millioner af elektroniske komponenter.
Overalt på kloden ligger et tætmasket net af fiberkabler, som konstant sender data frem og tilbage. Når der sendes over længere afstande, for eksempel over Atlanten, sker det i store centraler, som samler og omdirigerer data.
For eksempel ligger der langs den europæiske vestkyst en masse centraler, som sender og modtager data mellem Europa og USA.
Kan udskifte tusindvis af energislugende lasere
\ Internettets energiforbrug
Kommunikationsteknologier, herunder internettet, står i dag for omkring 10 procent af det samlede forbrug af hele verdens elektricitet svarende til 2-3 procent af det globale CO2-udslip. Sidstnævnte svarer cirka til flyindustriens ditto.
I modsætning til flytrafikken er internettrafikken dog i eksponentiel vækst med minimum 30 procent om året.
Datainformationerne udgøres af små infrarøde lysglimt, som sendes afsted af lasere i hver sin ende af fiberkablerne.
I en typisk datacentral er der måske 100 lasere, som i øjeblikket hver kan bære 100 gigabit i sekundet. Hver af disse lasere og deres komponenter bruger strøm, men DTU-forskernes ambition er at udskifte dem med én enkelt laser.
»Med den hastighed, vi har formået med én laser, kan vi skrælle tusindvis af de nuværende lasere fra. Det er én måde at reducere energiforbruget på,« siger Leif Katsuo Oxenløwe.
Rekorden blev opnået ved hjælp af en række komponenter fra forskellige partnere fra industrien, blandt andet en multikernefiber fra den japanske elektronikgigant Fujikura. Normalt er der kun én kerne, som kan lede lyset i et fiberkabel, men i forsøgskablet var der 30.
Langt fra implementering
Andrew Ellis, professor i optisk kommunikation på Aston University i Birmingham, England, var selv på CLEO-konferencen og har læst forskningsartiklen.
»Det er en meget imponerende rekord, og resultatet viser, hvad man kan få ud af et omfattende samarbejde med industrien,« siger Andrew Ellis, der dog mener, at teknologien først kan blive implementeret langt ude i fremtiden.
»Det er milevidt fra den teknologi, vi har i dag, og det er svært at se så langt ind i fremtiden. Personligt tror jeg, at denne slags teknologi vil være en del af internettets fremtidige infrastruktur, men inden da vil vi se mindre komplekse løsninger. Industrien er ret konservativ,« siger Andrew Ellis.
\ DTU's rekordforsøg
I rekordforsøget indgår en chip udviklet på DTU Fotonik.
Den er fremstillet i materialet aluminium-gallium-arsenid, forkortet AlGaAs, som har vist sig særligt brugbar til at håndtere store mængder data.
DTU har tidligere forsøgt sig med chips i andre materialer, og AlGaAs-chippen er den mest lovende.
Chippen breder lyset fra laseren ud i en såkaldt frekvenskam. Hver tand i kammen udgør hver sin infrarøde farve, som data kan sendes af sted på, og dermed kan ét fiberkabel bære mange forskellige datasignaler. Udfordringen er at skabe en chip, som formår at transmittere et signal, der er lige så kraftigt som det signal, den får ind.
Multikernefiberen med hele 30 kerner er udviklet i forbindelse med EU-Japan projektet SAFARI og er produceret i Japan af firmaet Fujikura til brug på DTU.
Behov for energieffektive løsninger
Andrew Ellis deler Leif Katsuo Oxenløwes bekymring for internettets eksponentielt stigende energiforbrug.
»Vi står over for en stor udfordring, og det stiller store krav til energieffektive løsninger. Forsøg som DTU’s er kun en del af løsningen, og det har sine udfordringer at skifte flere hundrede lasere ud med én,« siger Andrew Ellis
Han ser dog også udfordringer ved at mindske antallet af lasere.
»Hvis laseren fejler, er det pludselig en meget større katastrofe, end det er i dag, hvor man har mange lasere i hver datacentral. Derfor vil det være nødvendigt med flere backups, hvis teknologien skal implementeres,« siger Andrew Ellis.
Det er Leif Katsuo Oxenløwe enig i:
»Det er sandt, at man bliver nødt til at have to eller måske tre backupløsninger klar, hvis det går galt, men den nye teknologi vil stadig udgøre en stor energibesparelse,« siger han.
Fibre når snart sin maksimale kapacitet
For at kunne realisere de hastigheder, DTU har opnået, i virkeligheden, kræver det en større omlægning af infrastrukturen. Det vil blandt andet kræve, at man graver nye multikernefibre ned, som har kapaciteten til at bære de store mængder data.
»Vi nærmer os et punkt, hvor vi udnytter al kapaciteten på de nuværende fibre, så vi må snart overveje, hvilken slags fiber vi graver ned fremover. Det er helt klart en mulighed at begynde at bruge multikernefibre,« mener Andrew Ellis, som bakkes op af Leif Katsuo Oxenløwe:
»Hvis vi skal gøre noget ved internettets eksponentielt stigende energiforbrug, er det bydende nødvendigt med revolutionerende ny teknologi, som kan reducere omfanget af energislugende komponenter.«
