Rendre Internet plus économe en énergie grâce à l'optimisation systémique

Des chercheurs de l'Université de technologie de Chalmers, en Suède, ont récemment achevé un projet de recherche de cinq ans pour rendre les systèmes de communication à fibres optiques plus économes en énergie. Parmi leurs propositions figurent des circuits intelligents de puces de données à correction d'erreurs qui consomment 10 fois moins d'énergie. Le projet a donné lieu à plusieurs articles scientifiques dans des publications dont Communications Nature.

La diffusion de films et de musique, le défilement sur les réseaux sociaux et l'utilisation de services de stockage en nuage sont désormais des activités quotidiennes. Mais pour s'adapter à ce style de vie numérique, il faut transmettre une énorme quantité de données via des câbles à fibres optiques – et cette quantité augmente à un rythme presque inimaginable, consommant une énorme quantité d'électricité. C'est insoutenable – au rythme actuel d'augmentation, sans gains d'efficacité énergétique, dans 10 ans, Internet à lui seul consommera plus d'électricité que ce qui est actuellement généré dans le monde. La production d'électricité ne peut pas être augmentée au même rythme sans augmenter massivement l'utilisation de combustibles fossiles pour la production d'électricité, entraînant à son tour une augmentation significative des émissions de dioxyde de carbone.

«Le défi consiste à répondre à cette demande inévitable de capacité et de performances, tout en maintenant les coûts à un niveau raisonnable et en minimisant les impacts environnementaux», explique Peter Andrekson, professeur de photonique au Département de microtechnologie et de nanoscience de Chalmers.

Andrekson était le chef de file du projet de recherche de cinq ans, qui a contribué à d'importantes avancées dans le domaine. Dans la première phase du projet, les chercheurs de Chalmers ont identifié les plus grands drains d'énergie dans les systèmes à fibres optiques. Fort de ces connaissances, ils ont conçu et construit un concept de système de transmission de données qui consomme le moins d'énergie possible. L'optimisation des composants du système les uns par rapport aux autres se traduit par d'importantes économies d'énergie.

Actuellement, certains des composants les plus énergivores sont des puces de données à correction d'erreur, qui sont utilisées dans les systèmes optiques pour compenser le bruit et les interférences. Les chercheurs de Chalmers ont maintenant repensé ces puces de données avec des circuits optimisés. «Nos mesures montrent que la consommation d'énergie de nos puces raffinées est environ 10 fois inférieure à celle des puces correctrices d'erreurs classiques», explique Per Larsson-Edefors, professeur en génie informatique au Département d'informatique et d'ingénierie de Chalmers.

Au niveau systémique, les chercheurs ont également démontré les avantages d'utiliser des peignes de fréquence optiques au lieu d'utiliser des émetteurs laser séparés pour chaque canal de fréquence. Un peigne de fréquence optique émet de la lumière à toutes les longueurs d'onde simultanément, ce qui rend l'émetteur très stable en fréquence. Cela rend la réception des signaux beaucoup plus facile et donc plus économe en énergie.

Des économies d'énergie peuvent également être réalisées en contrôlant les communications par fibre optique au niveau du réseau. En modélisant mathématiquement la consommation d'énergie dans différentes ressources du réseau, le trafic de données peut être contrôlé et dirigé afin que les ressources soient utilisées de manière optimale. Cela est particulièrement utile si le trafic varie dans le temps, comme c'est le cas dans la plupart des réseaux. Pour cela, les chercheurs ont développé un algorithme d'optimisation qui peut réduire la consommation d'énergie du réseau jusqu'à 70%.

Les chercheurs ont recherché la solution globale la plus économe en énergie possible sans sacrifier les performances du système. Ces percées en matière de recherche offrent un grand potentiel pour rendre l'Internet du futur considérablement plus économe en énergie. Plusieurs articles scientifiques ont été publiés dans les trois disciplines de recherche du matériel optique, des systèmes électroniques et des réseaux de communication.

"L'amélioration de l'efficacité énergétique de la transmission de données nécessite une compétence multidisciplinaire. Les défis se situent aux points de rencontre entre le matériel optique, les sciences de la communication, l'ingénierie électronique et plus encore. C'est pourquoi ce projet a été un tel succès", explique Erik Agrell, professeur en systèmes de communication à le Département de génie électrique de Chalmers.

La recherche pourrait avoir un énorme potentiel pour rendre les technologies Internet beaucoup plus économes en énergie. Il a donné lieu à plusieurs publications de recherche dans les trois disciplines scientifiques du matériel optique, des systèmes électroniques et des réseaux de communication.