Tema

Mobilskam? Datatrafiken måste dra mindre energi

Streamad film och videosamtal drar enorma mängder energi. Datatrafiken ökar ständigt, och nätet belastas än mer vid kriser, som coronautbrottet. Nu pågår forskning för att minska energiförbrukningen inom IT-sektorn.

År 2015 visades videon ”Gangnam style” ungefär 2,5 miljarder gånger världen över. Det resulterade i en energiförbrukning på 400 Gigawattimmar (GWh). Det i sin tur motsvarar ett års uppvärmning av 16 000 medelstora villor med direktvärme från el, enligt beräkningar från forskare vid Luleå Tekniska universitet, LTU.

Enligt Erik Agrell, professor i kommunikationssystem på institutionen för Elektroteknik vid Chalmers, anser att vi måste lära oss använda mobilen mer resurseffektivt – även om den är byggd för att slösa med energi. Han menar att samhällets behov av data kommer att öka varje år med cirka 27 procent, medan tillgången av elektricitet bara ökar med två procent.

Behovet blir extra tydligt vid överbelastning på nätet, något som det pågående coronautbrittet visar då allt fler arbetar hemifrån och använder videomöten och andra digitala verktyg.

”Tickande bomb”

– Det är en tickande bomb. Vår utmaning som forskare är att minska energiförbrukningen inom IT-sektorn och förbättra energieffektiviteten, så att det går åt mindre energi per datamängd.

Så hur löser man ekvationen med att digitaliseringen i samhället ökar, samtidigt som vi ska minska koldioxidutsläppen och nå klimatmålen 2045?

Ett av svaren är produktutveckling, till exempel av mobiltelefonen. Dagens mobilbatterier håller längre och laddar snabbare än för bara ett par år sedan och dessutom drar mobilen mindre ström. Mobilen behöver inte laddas varje dag, utan det kan räcker med var tredje.

Men bara bättre mobiler räcker inte; fler optimeringar behöver göras för att förhindra att energiförbrukningen ökar i samma takt som antalet användare. Till exempel ifråga om mjukvara, dataöverföring och datacenter.

Datacentren drar mest energi

Det allra viktigaste området när det gäller energiförbrukning är datacentren, som hanterar stora datamängder, och ses som den mest kritiska delen av Informations- och kommunikationsteknologin, IKT-sektorn.
För att vi ska kunna använda internet behövs ett omfattande nätverk av sammankopplad utrustning, som förbinder våra mobiler och datorer med stora datacenter.

Ett datacenter är en slags fabrik för innehållet på internet. Det består av ett stort antal servrar där man lagrar och bearbetar information. Som datasurfande är vi dagligen i kontakt med åtminstone 20 – 30 olika datacenter. I Sverige finns det några hundratal datacenter, och ytterligare 20 nya datacenter håller på att byggas i hela landet.

– Det finns studier som visar att den globala energiförbrukningen av datacenter står för cirka 30 procent av energikonsumtionen i hela IKT-sektorn, och den andelen förväntas stiga till mer än 40 procent inom tio år, säger Lena Wosinska, professor i telekommunikation på Institutionen för elektroteknik vid Chalmers.

Det är en bransch som kommer att öka, inte minst i norra Sverige som har klimatmässiga fördelar. 2011 öppnade Facebook sitt första datacenter i Luleå. Idag finns två datahallar och en tredje är på väg att byggas.

Data transporteras till största delen genom optiska fibrer och informationen kodas i ljuspaket. Den sista biten till användaren går igenom luften som radiovågor. I detta nätverk samsas många olika tekniker, som elektronik och optik, vilket gör det svårt att beräkna den totala energiförbrukningen för datatransporten.

Modeller för energisnålare datatrafik

På Chalmers arbetar flera forskargrupper med att bygga modeller för energisnålare datatrafik. Målsättningen har varit att minska energiförbrukningen till en tiondel jämfört med dagens teknik och det har lyckats i modeller. Bland annat har forskargrupperna hittat flera energiläckor i de fiberoptiska systemen.

– Vi har undersökt hur energiförbrukningen i de olika komponenterna i en fiberoptisk förbindelse samverkar med varandra, säger Erik Agrell. Det visar sig att man kan spara stora mängder energi om man tillåter en marginell energiökning i en annan komponent. Vi har utvecklat nya metoder för felkorrigerande kodning, som innebär att datapaket kan repareras i mottagaren, även om de drabbas av störning på vägen. Det ger möjlighet att sända signaler med lägre effekt och att göra andra slags energibesparande åtgärder i dataöverföringen. Vi har också tagit fram ett effektivare chip för sändare och mottagare av ettor och nollor i de optiska fibrerna.

Men detta räcker inte.

– Den framtida utmaningen är att minska energiförbrukningen hundra gånger för datatrafiken i stort, säger Lena Wosinska, vars egen forskning riktar in sig på att förbättra energieffektiviteten inom datacenter, och stoppa den stora ökningen av energiförbrukning i näten.

Effektivare byggnader

Även vid Luleå tekniska universitet, LTU, pågår ett flertal forskningsprojekt som studerar en smartare användning av datacenter som gör driften effektivare i datacenter. Det handlar om allt från själva byggnaden till datahanteringen: vilken typ av kylning som är mest fördelaktig och hur effektiva fläktarna är, och hur man drar nytta av restvärme.


Hållbar energiförsörjning i IT-sektorn
Om företag ska minska energiförbrukningen måste det också vara ekonomiskt hållbart för dem. Men märkningar och standarder är inte lika tydliga för IT-relaterade komponenter och produkter som för till exempel vitvaror.
Enligt Anna Krook-Riekkola, forskare inom energisystem analys, energiförsörjning hållbart samhälle vid, Luleå tekniska universitet, LTU, finns det en stor informationsbrist på området.

– Det är inte så lätt för företag att göra bra miljöval och välja rätt delar, när det finns så många andra kriterier som de måste ta hänsyn till. Jag önskar att information om energi ska bli lika naturligt som prestanda, och att företagen blir medvetna om att det finns pengar att tjäna. Inom IT-industrin byts komponenter ofta och de är ofta dyra. Jag hoppas att tankesättet inom IT-industrin förändras så att de även tar med energiaspekter i sina kalkyler, säger hon.

Energiförbrukningen inom IT-sektorn är inte lika allmänt känd som flygets klimatpåverkan, och begreppet ”flygskam”.

Karl Andersson, biträdande professor, Distribuerade datasystem, Institutionen för system-och rymdteknik vid LTU, anser att IT-sektorn måste ta energifrågan på större allvar. Kunskapen börjar sprida sig inom branschen, men det är ett ganska nyvaket intresse. Han ser förbättring av mjukvaran i mobilens appar och framför allt i datacentren som ett nästa steg, att skapa mer energieffektiva algoritmer, det vill säga använda en annan matematisk beräkningsmetod.

– Där finns det mycket att göra. All mjukvara som distribueras i nätverken fordrar datakapacitet. Ju större mängd, desto mer energi krävs. Idag vet vi inte hur mycket data och energi från nätverken som olika appar kräver och vilka appar som kör i bakgrunden i vår mobil. Slutanvändaren har också ett ansvar, säger Karl Andersson.

Text: Ulla-Karin Höynä på uppdrag av forskning.se

Vi finns där du är @forskningsnyhet

Mobilskam? Datatrafiken måste dra mindre energi

 lästid ~ 5 min