Internethastigheden kan nå nye højder

Forskere ved DTU’s grundforskningscenter NanoPhoton har opfundet en ny type detektor, der kan sprænge grænsen for hastigheden på dataoverførsel internt mellem serverne i datacentre.

Detektoren skal afkode data, der sendes med lys, og bliver muliggjort af et ERC Proof of Concept Grant på ca. 1,1 mio. kr., som er blevet tildelt professor Jesper Mørk og hans forskergruppe i starten af 2022.

70% af den globale internettrafik foregår i datacentre, hvor servere arbejder sammen om at aflevere det, vi efterspørger via internettet, hvad enten det er en Netflixserie, Kattens Værns hjemmeside eller søgeresultater på ’hvad er fotonik?’.

Servernes samarbejde kræver, at de er internt forbundet og med høj hastighed kan samle og udveksle de data, der efterspørges. Dette kaldes for intra-datacenter kommunikation, og det er i denne kommunikation, at den nye detektor kan gøre en forskel, fortæller postdoc Dagmawi Alemayehu Bekele, DTU Fotonik, der skal stå i spidsen for videreudviklingen af den nye detektor.

”Med vores detektor kan vi medvirke til at opnå endnu hurtigere dataoverførsel internt i datacentrene. For forbrugerne vil det betyde, at de får mere glæde af deres bredbåndsforbindelser, og de vil opleve stadig lavere svartider på internettet,” siger Dagmawi Alemayehu Bekele.

Efterspørgslen på høj internethastighed er konstant stigende og bliver stadig vigtigere i takt med, at flere mennesker og devices (Internet of Things) bliver koblet på internettet, samtidig med at både efterspørgslen på film- og videostreaming vækster, og flere virtual reality platforme dukker op.

Den globale internettrafik blev i 2021 anslået til at ligge på ca. 235 exabytes (EB) om måneden. Det er en datamængde, der svarer til en uafbrudt streaming af en video i HD i ca. 9,3 mio. år. Eller at hver eneste borger i Aalborg nonstop streamede en video i HD fra fødsel til død.

Udnytter fysisk fænomen

Detektorens afkodning af laserlyset vil ske ved hjælp af et fysisk fænomen kaldet Fano-resonans, som først blev identificeret inden for kvantemekanik, hvorfor den nye detektor er navngivet fanodetektor.

Fanodetektoren skal afkode data, som overføres med laserlys, der er kohærent moduleret. Det er en velkendt teknik, hvor man kan udnytte flere af lysets forskellige egenskaber (amplitude, fase og polarisation) til at overføre data med. Med den konventionelle teknologi i nuværende datacentre udnyttes kun én egenskab ved lyset, nemlig dets intensitet, til at overføre data med. Med andre ord kan man med kohærent modulering ’pakke’ lyset med flere data, end man gør i dag. Og med fanodetektoren bliver det altså muligt ’at pakke’ disse data ud igen.

Loftet for hvor meget data vi i dag kan overføre med den nuværende teknologi, ligger på 800 gigabits pr. sekund, og der findes pt. ikke nogen teknologi på markedet, der kan imødekomme højere hastigheder. Det vil der komme med DTU’s nye fanodetektorløsning, lyder ambitionen fra Dagmawi Alemayehu Bekele:

”Hvis vi lykkes med at udvikle en løsning, hvor vi forener data afsendt med kohærent moduleret laserlys i den ene ende, og med vores fanodetektor til at afkode lyset igen i den anden ende, så bliver det muligt at sprænge grænsen på de 800 gigabits pr. sekund.”

Et grønnere internetforbrug

Fanodetektoren vil ovenikøbet medvirke til at gøre vores internetforbrug grønnere. Datacentres globale efterspørgsel på el forventes at stige fra 210 TWh i 2015 til 3.200 TWh i 2030 (TWh står for terawatt-time, som er 1 mia. kilowatt i en time).

I 2030 forventes datacentrene at stå for 8% af den globale efterspørgsel på elektricitet.

”Vi forventer, at fanodetektoren bliver 40% mere energieffektiv, hvilket primært skyldes, at man ikke behøver at bruge så mange lasere til selve afsendelsen af data, fordi vi kan tillade os at afsende data mere effektivt, når vi har en fanodetektor til at afkode. Det betyder også, at detektoren vil medvirke til at mindske varmeudviklingen i datacentrene, og dermed vil behovet for at bruge energi til afkøling i datacentrene også blive mindre, ” siger Dagmawi Alemayehu Bekele.

Forskerne har allerede taget de første skridt til realiseringen af den nye detektor.

”Vi har allerede afprøvet principperne bag vores fanodetektor på en første generation af en fotonisk siliciumchip, og resultaterne ser rigtigt lovende ud,” siger Dagmawi Alemayehu Bekele.

Forskergruppen forventer, at den første prototype af fanodetektoren vil være klar til at blive præsenteret for omverdenen i slutningen af 2022.