Цифровизация — ключевой инструмент в борьбе за климат

По оценкам Технологического университета Дании, при сохранении нынешних технологий энергопотребление мировой информационной сети к 2030-му году вырастет в два раза — до 20%. Соответственно, подход нужно срочно менять. При этом датские учёные подчёркивают, что даже сейчас благодаря умным цифровым решениям на каждый килограмм СО2, связанный с интернетом, приходится полтора килограмма сокращения выбросов парниковых газов в других сферах деятельности человека. Эксперты университета считают, что при оптимизации технологий и дальнейшей цифровизации общества второй показатель можно будет увеличить сразу в 10 раз, то есть тот же килограмм СО2 от интернета будет препятствовать выбросу уже 15-ти килограмм где-либо ещё.

Всемирный экономический форум и Международное энергетическое агентство в целом разделяют такую точку зрения. По оценкам ВЭФ, цифровизация в обозримой перспективе позволит сократить углеродные выбросы на 15%. МЭА выделило сектора, в которых положительный эффект от «цифры» будет особенно заметен: это транспорт, сельское хозяйство, энергетика, строительство и промышленное производство. Ключевым вопросом потенциальной экономии остаётся скорость, с которой будет оптимизироваться энергопотребление самих информационно-коммуникационных технологий. При этом энергоэффективность не должна повлиять на качество: например, беспилотные автомобили (а в будущем суда и авиалайнеры), обязаны принимать решения за считанные доли секунды, и здесь качество сигнала играет решающую роль.

Учёные вступили в гонку со временем. Закон Мура гласит: каждые 18 месяцев количество транзисторов в процессоре увеличивается в два раза. Это правило безотказно действует на протяжении 50-ти лет, но мировая микроэлектронная индустрия как раз сейчас входит в фазу стагнации. Дело в том, что привычный материал — кремний — нельзя уменьшать до бесконечности: на определённом этапе он начинает плавиться. Нужна смена парадигмы, по настоящему новые подходы. Размер самых маленьких компонентов в сегодняшних микрочипах измеряется в нанометрах, однако для качественного шага вперёд требуются атомарные габариты — то есть ещё раз в сто меньше.

Датские эксперты предупреждают: каждый год интернет-трафик увеличивается на 30%, и уже совсем скоро техника сегодняшнего дня не будет справляться с таким наплывом желающих погрузиться в информационную среду. Требуемый технологический прорыв должен стать делом не нескольких десятков, а нескольких лет. Учёные Технологического университета Дании не просто бьют тревогу, а работают над поставленным ими же вопросом. Уже создан прототип оптического чипа, способного обрабатывать в два раза больше трафика за единицу времени, при этом показывая высокую энергоэффективность, на которую нынешние аналоги не способны.

И конечно важность задачи понимают не только в Дании. В Технологическом университете Чалмерса (Швеция) идёт работа над специальными дата-чипами, потребляющими в 10 раз меньше электроэнергии. Стриминг фильмов и музыки, видеоконференции, хранение данных в облаке, социальные медиа с огромным количеством видеороликов — всё это давно стало нормой. Но не каждый пользователь знает, что из-за больших расстояний и прочих факторов в оптоволокне возникает “шум”, и дата-чипы нужны как раз для того, чтобы нейтрализовывать влияние этих помех, дабы на выходе получался ролик с котиками, а не сообщение об ошибке. Шведы в плане тревожных прогнозов ничуть не отстают от датчан: если ничего не менять с точки зрения технологий, интернет через 10 лет будет потреблять больше электроэнергии, чем генерируется во всём мире. Резко нарастить выработку получится только за счёт ископаемых видов топлива, от чего большинство государств пытается отказаться. Соответственно, оптимизация нужна как воздух — в том числе и в сфере дата-чипов.

Помимо обработки данных не менее важны технологии их передачи. По оценкам Университета Цюриха, сети 4G ещё будут функционировать в 2030-м году, но на них на тот момент придётся не более 20% передаваемой информации. Выбросы же от обслуживания сетей 5G составят 0,18 мегатонны эквивалента СО2 в год. При этом связь нового поколения позволит сократить выбросы парниковых газов во всех прочих сферах (кроме ИКТ) сразу на 2,1 мегатонн ежегодно. Итого получается более чем десятикратное увеличение энергоэффективности. В целом же выбросы на единицу передаваемых данных к 2030-му году должны сократиться на 85% по сравнению с тем, что наблюдается сегодня.

Кстати, в этой области уже есть конкретные наработки, которые могут стать прорывом не только для мобильной связи, но и тем самым сдвигом парадигмы, который так ждёт вся компьютерная промышленность. Национальный университет Австралии работает над технологией передачи данных, в основу которой лягут принципиально новые полупроводники. Их ключевым элементом должны стать экситоны — квазичастицы, которые, если сильно упрощать, можно назвать производной от электронов. Здесь как раз уже речь идёт об искомых атомарных масштабах, а не об «исполинских» нанометрах, как в случае устаревающего кремния. Главный плюс экситона — нулевая теплоотдача, то есть высочайшая энергоэффективность. Как известно большинству пользователей, мощный ноутбук под нагрузкой способен протопить закрытую комнату буквально за 10 минут, словно это электрообогреватель, то есть сейчас мы можем рассуждать лишь об относительной энергоэффективности.

Работы над новыми чипами и технологиями связи идут во всём мире. Например, Университет Карлоса Третьего в Мадриде представил действующий прототип мультиядерной системы мониторинга оптоволокна. Звучит достаточно сложно, однако сам принцип весьма логичен и понятен. Сегодня вышки связи работают на полную мощность 24/7, а система мониторинга будет управлять подачей электроэнергии в зависимости от объёма передаваемых данных и количества абонентов в каждой конкретной точке.