Verdens hurtigste chip skal gøre internettet miljøvenligt

Internettet og flyindustrien har en ting til fælles: De sviner lige meget. Begge står i øjeblikket for omkring to-tre procent af den samlede CO₂-udledning.

Her ophører sammenligningen til gengæld, for i modsætning til flyindustrien er internettet i voldsom, eksponentiel vækst.

»Internettrafikken vokser på verdensplan med cirka 35 til 50 procent pr. år. Det sætter tryk på miljøet, og derfor er det bydende nødvendigt, at ressourcerne udnyttes optimalt i fremtidens kommunikationsinfrastruktur,« siger professor Leif Katsuo Oxenløwe fra DTU’s Institut for Fotonik, som leder et forskerhold, der arbejder på en ny teknologi, som kan håndtere data energieffektivt.

For nylig har holdet udviklet en optisk chip, som kan behandle enorme mængder data i et lynende tempo. I laboratoriet på DTU har chippen behandlet et datasignal på 1,28 terabit pr. sekund.

»Det svarer til at rippe en 1-gigabyte DVD på under 10 millisekunder. Det er pt. verdens hurtigste databehandling, og hvis man sammenligner med de computer-CPU’er, vi har i dag, er det cirka 500 gange hurtigere, end hvad de kan yde,« forklarer Leif Katsuo Oxenløwe.

Data rejser som små lysglimt

For at forstå, hvad det kan gøre ved internettets CO₂-udledning, er det nødvendigt med en kort skitsering af internettets infrastruktur.

Begrebet ’world wide web’ kan næsten forstås bogstaveligt, når det gælder internettets fysiske forbindelser. Rundtomkring på hele kloden spinder optiske fiberkabler sig under jorden og havoverfladen og forbinder alle verdens computere.

I fibrene bliver informationer hele tiden sendt afsted – frem og tilbage. Informationerne udgøres af milliarder af små infrarøde laserlysglimt, som sendes fra og til alverdens datacentre, hvorfra de bliver behandlet og sendt videre ud til de enkelte computere.

Lidt forenklet kan man beskrive et fiberkabel ved, at det indeholder en masse forskellige infrarøde farver, som ligger side om side, og hver farve kommer fra hver sin laser placeret i enden af kablet.

Hver enkelt laserstråle bærer data fra den ene ende af kablet til den anden. Det kaldes et parallelt system, idet forskellige signaler løber parallelt med hinanden.

»I øjeblikket sender man mange forskellige parallelle signaler afsted samtidig. Når man så modtager signalerne i dataknudepunkterne, skal man skille dem ad og behandle datainformationerne hver for sig, før de sendes videre. Det har man en masse komponenter til at gøre, og det koster masser af energi. Vi forsøger at skaffe os af med mange af de energikrævende komponenter for derved at kunne skrabe en masse spildenergi væk,« siger Leif Katsuo Oxenløwe.

Superchip kan erstatte mange små komponenter

Det stiller høje krav til den chip, der skal overtage arbejdet fra hundredvis af ældre modeller.

»Vores nye chip har i princippet kræfter til at behandle samtlige af de datasignaler, der er på internettet i dag. I kraft af dens båndbredde på mange hundrede nanometer og enorme hastighed har den potentialet til at kunne indsættes i stedet for en masse af de energikrævende småkomponenter,« siger Leif Katsuo Oxenløwe, som forudser, at teknologien vil kunne reducere energiforbruget nogle steder i netværket med en faktor på 100 eller måske 1000.

Der er endnu blot tale om vurderinger, for i praksis er der lang vej endnu, før chippen kan komme i brug.

»Chippen er ikke klar til at indgå i de nuværende systemer, men vi er optagede af at tage det seje træk fremfor at se på kortsigtede løsninger. Vi forsker i teknologier, som gør en forskel på lang sigt.«

Laboratorieforsøg er endnu langt fra virkeligheden

Ifølge Martijn Heck, lektor på Aarhus Universitets Institut for Ingeniørvidenskab, er der presserende brug for fokus på internettets miljøbelastning.

Forskning i energieffektiv kommunikationsteknologi burde prioriteres mindst lige så højt som forskning i solceller, da der er meget større udviklingspotentiale inden for kommunikationsteknologi, mener han.

»Internettets CO₂-udledning er enorm, og den problematik kan ikke understreges nok. Med den rette kommunikationsteknologi kan vi mangedoble energieffektiviteten hvert år, og i det regnskab spiller forskning som DTU’s en vigtig rolle,« siger Martijn Heck.

Martijn Heck har dog vanskeligt ved at spå om, hvornår DTU’s forskning kan finde anvendelse i virkeligheden.

»Det er svært at overføre disse laboratoriebaserede forsøg, hvor man har de ideelle betingelser, til virkelige systemer, så jeg har mine forbehold. På lang sigt har teknologien potentiale til at reducere energieffektiviteten. Flaskehalsen ligger i databehandlingen, og dér kan DTU’s chip gøre en forskel, men vi mangler stadig beviser for, at denne type teknologi er tilstrækkelig energieffektiv.«

Martijn Heck fortæller, at industristandarden for internethastigheder i øjeblikket er på 100 gigabit pr. sekund, og at man arbejder på at kunne opnå hastigheder på 400 gigabit pr. sekund.

»Dernæst vil målet være 1 terabit pr. sekund, og jeg forudser, at industrien vil nå det mål inden for fem år. Så når DTU præsenterer databehandlingshastigheder på 1,28 terabit pr. sekund, får man en idé om, hvor laboratorieforsøgene befinder sig i forhold til den teknologi, der er i brug i dag,« siger Martijn Heck og fortsætter:

»Der vil derfor gå nogle år, før DTU’s teknologi kan anvendes, primært fordi vi simpelthen ikke kan opnå de hastigheder i den virkelige verden endnu.«

Chippen har været tre år undervejs

Selve chippen er tre millimeter lang og fremstillet i materialet aluminium-gallium-arsenid, forkortet AlGaAs. Det har taget DTU-forskerne tre år at udvikle chippen, og der er blevet eksperimenteret med mange materialer, men AlGaAs ser ud til at være det mest effektive i øjeblikket.

Hvor chip i andre materialer har haft problemer med at kapere de store datamængder og for eksempel er brændt sammen og blevet kulsorte, har det nye materiale indtil videre ikke vist nogle af de skavanker, som man tidligere har set.

»Vi er dog først lige begyndt at bruge chippen, og der skal stadig laves forbedringer. For eksempel skal effektiviteten skrues en smule op, så det datasignal, der kommer ud af chippen, er lige så kraftigt som det signal, den får ind,« siger Leif Oxenløwe, som ser chippen som en del af en større ambition om at nedbringe CO₂-udledningen:

»Chippen er blot et led i vores stræben efter at finde teknikker, teknologier og materialer, som kan medvirke til, at vi kan reducere internettets miljøbelastning i en tid, hvor trafikken fortsat vil stige uhæmmet.«