Mot flexibla och energi-effektiva datacenternätverk

Forskningsprojekt, 2015 – 2018

Utvecklingen av tjänster på Internet har lett till tillkomsten av mycket stora datacentra på vilka man ställer stora prestandakrav, framförallt vad gäller snabbhet. Exempel på detta är Facebooks nya datacenter i Luleå. Detta center består av tre byggnader som innehåller ca 10 000 sammankopplade moduler. Datakommunikationen inom och mellan dessa moduler förbrukar kontinuerligt ca 1 MW. Idag går denna trafik till stor del genom optiska fibrer, som kopplas till varandra via växlar. Vid växlarna översätts ljusvågorna, som bär datatrafiken, till elektriska pulser, som sedan översätts tillbaka till ljusvågor för transmission på nästa fiber. Det är dock känt att en helt optisk signalöverföring, utan omvandling till och från elektriska pulser vid växlarna, erbjuder såväl snabbare som energieffektivare kommunikation. Av detta skäl har optisk nätverksteknologi kommit att bli dominerande på Internet vad gäller stora avstånd, i det s.k. stamnätet. Detta projekt syftar till att undersöka möjligheten att använda optiska nätverk inom datacentra. Avstånden i dessa är förvisso korta, men datahastigheterna är mycket höga vilket gör optiska lösningar intressanta. Till skillnad från det optiska stamnätet uppstår en del nya problem. Kommunikationen mellan olika delar av ett datacenter kan variera kraftigt, från någon Gb/s till 100-tals Gb/s på kort tid. Det interna nätet måste ha förmåga att snabbt koppla om datatrafiken mellan olika fiberoptiska kablar och våglängder. I projektet kommer vi att undersöka nya sätt att representera data optiskt (modulationsmetoder) och att koppla om optiska signaler utan att först översätta dem till elektriska pulser. Att på detta sätt byta teknik i grundläggande delar av nätet kan innebära en risk att problemet endast flyttar sig till en annan del, exempelvis att mer komplexa system behövs för att styra det optiska nätet med därtill hörande ökning av energiförbrukningen. För att minska risken att sådana situationer uppstår är projektgruppen sammansatt från tre olika forskargrupper (KTH, Chalmers och LiU). De tre grupperna har kompetenser som spänner över hela nätområdet, från den optiska nivån till algoritmer för effektiv styrning av fiberoptiska nät. Projektets långsiktiga mål för optiska lösningar inom datacentra är följande: 1) att visa hur man kan uppnå de ultrahöga hastigheter som behövs för det framtida nätverksbaserade samhället, 2) att uppnå starkt förbättrad energieffektivitet i alla delar av nätet samt 3) att möjliggöra optiska lösningar på problemet att snabbt kunna anpassa nätets lokala kapacitet till olika överföringskrav. Projektet är uppdelat i tre uppgifter. Den första fokuserar på datakommunikationen inom modulerna och den andra på kommunikationen mellan modulerna. I den tredje uppgiften kombineras resultaten från de två första uppgifterna för att hitta fungerande totallösningar. Projektet är strategiskt intressant från svenskt vidkommande. Med de naturliga förutsättningar som vi har i form av miljövänlig energi, naturlig kyla och ett politiskt stabilt samhälle är vi redan attraktiva som land för företag som har behov av stora datacentra. Vi har också en väl utbyggd bredbandsinfrastruktur och en världsledande telekommunikationsindustri. Med speciella forskningssatsningar riktade mot datacentra kan detta bli en synnerligen viktig nisch såväl kunskapsmässigt som industriellt. Projektet är planerat att pågå under fyra år och kommer att engagera två doktorander, en postdoc, en ung forskare samt tre seniora forskare/handledare.