Trước xu hướng khử cacbon toàn cầu, sự phát triển công nghệ hướng tới việc triển khai thực tế khái niệm IOWN đang tăng tốc Vào thời điểm mà mức tiêu thụ năng lượng liên quan đến CNTT đang gia tăng bùng nổ và đòi hỏi phải đổi mới công nghệ vượt quá giới hạn của công nghệ điện tử, thì IOWN được kỳ vọng rất cao với tư cách là ''cơ sở hạ tầng hội tụ máy tính và truyền thông thế hệ tiếp theo'' Chúng tôi đi theo các xu hướng hướng tới ứng dụng thực tế của IOWN, điều cần thiết để hiện thực hóa Tập đoàn NTT và quá trình khử cacbon của thế giới

Định luật Moore không theo kịp? Mức tiêu thụ năng lượng liên quan đến CNTT đang tăng bùng nổ

Với việc mở rộng sử dụng IoT, dữ liệu lớn và AI, lượng dữ liệu được xử lý ngày càng tăng và mức tiêu thụ điện năng của thiết bị mạng truyền thông và trung tâm dữ liệu cũng tăng nhanh Cisco Systems dự đoán lưu lượng dữ liệu hàng tháng (lưu lượng IP) sẽ tăng gấp ba trong 5 năm từ 2017 đến 2022, đạt 396 exabyte (1 exabyte tương đương 1 tỷ gigabyte) Khi lượng dữ liệu tăng lên, lượng tính toán cần thiết để xử lý nó cũng tăng lên, dẫn đến tiêu thụ nhiều điện năng hơn Theo ước tính của Trung tâm Chiến lược Xã hội Carbon thấp của Cơ quan Khoa học và Công nghệ Nhật Bản, nếu không thực hiện các biện pháp tiết kiệm năng lượng với tốc độ hiện tại, mức tiêu thụ điện năng liên quan đến CNTT toàn cầu sẽ tăng nhanh 5000 lần vào năm 2030 so với năm 2016

Ngoài ra, các giới hạn của Định luật Moore, vốn đã hỗ trợ ngành thông tin và truyền thông trong 50 năm qua, cũng đang được thảo luận Cho đến nay, bằng cách tăng gấp đôi hiệu suất CPU sau mỗi 1,5 đến 2 năm, người ta có thể ngăn chặn mức tăng tiêu thụ điện năng ở một mức độ nào đó Tuy nhiên, công nghệ thu nhỏ chất bán dẫn hiện đang đạt đến giới hạn vật lý, đồng thời lượng dữ liệu được xử lý đang tăng lên nhanh chóng với tốc độ không thể hấp thụ được bởi những cải tiến hiệu suất dựa trên định luật Moore

Khắc phục những hạn chế của công nghệ hiện tại với khái niệm IOWN sử dụng công nghệ quang học

Khái niệm IOWN được NTT công bố vào năm 2019 nhằm mục đích khắc phục những hạn chế còn tồn tại và mở rộng khả năng xử lý dữ liệu đồng thời giảm mức tiêu thụ điện năng IOWN là tên viết tắt của Mạng quang và không dây đổi mới, và mục tiêu cuối cùng của nó là hiện thực hóa “cơ sở hạ tầng máy tính và truyền thông thế hệ tiếp theo” thông qua việc phát triển các công nghệ truyền thông quang điện tử và quang học, đồng thời thực hiện không chỉ việc truyền thông tin mà còn cả bộ nhớ và tính toán bằng cách sử dụng ánh sáng thay vì điện tử Với mục tiêu trở thành hiện thực vào khoảng năm 2030, ý tưởng này là sử dụng công nghệ quang học có đặc tính tiêu thụ năng lượng thấp làm cơ sở hạ tầng điện toán và truyền thông cho kỷ nguyên Beyond 5G/6G, thế hệ tiếp theo của 5G

IOWN bao gồm ba thành phần công nghệ chính, nhưng trong số đó, Mạng toàn quang tử (APN) rất cần thiết để đạt được mức tiêu thụ điện năng cực kỳ thấp, chất lượng cao, công suất lớn và đường truyền có độ trễ thấp Khái niệm IOWN sử dụng APN để đưa công nghệ quang tử (ánh sáng) vào mọi thứ từ mạng đến thiết bị đầu cuối, nhằm đạt được những đổi mới công nghệ vượt trội mà công nghệ điện tử hiện tại khó đạt được, chẳng hạn như ``hiệu suất năng lượng cao hơn 100 lần'', ``công suất truyền tải cao hơn 125 lần'' và ``độ trễ từ đầu đến cuối thứ 1/200''

Chìa khóa để đạt được bước đột phá này là công nghệ nhiệt hạch quang điện kết hợp giữa điện tử và quang tử Khi các mạch điện tử cải thiện hiệu suất, mức tiêu thụ năng lượng của chúng tăng lên và chúng tạo ra nhiệt Tuy nhiên, ngay cả khi tốc độ xử lý ánh sáng trở nên nhanh hơn thì mức tiêu thụ năng lượng cũng khó tăng lên Do đó, nếu quá trình xử lý trong mạch có thể được thực hiện bằng ánh sáng thì mức tiêu thụ năng lượng và sinh nhiệt có thể bị hạn chế Tuy nhiên, ánh sáng có thể truyền đi bất cứ đâu, khiến việc giới hạn nó trong các mạch tích hợp trở nên khó khăn NTT đã thành công trong việc giới hạn ánh sáng vào các mạch tích hợp sử dụng công nghệ quang tử nano, một bước tiến quan trọng hướng tới hiện thực hóa khái niệm IOWN

Trải nghiệm thể thao điện tử mới được thực hiện bởi mạng toàn quang tử

NTT đã chuẩn bị môi trường trình diễn APN đạt tốc độ 100Gbps từ đầu đến cuối tại Diễn đàn R&D tổ chức vào tháng 11 năm 2021, đồng thời trình diễn đường dây liên lạc có công suất cao, độ trễ thấp và độ trễ bằng 0 trong thể thao điện tử Khi người chơi ở Tokyo và Osaka thi đấu thể thao điện tử, sự khác biệt về khoảng cách vật lý sẽ gây ra sự khác biệt về mức độ trễ mạng Đây là biến động độ trễ Trong cuộc trình diễn vào tháng 11, một máy chủ đám mây đã được chuẩn bị ở phía Osaka, do đó, việc liên lạc giữa những người chơi ở Tokyo sẽ có độ trễ khứ hồi khoảng 7 mili giây do chiều dài cáp quang khoảng 700 km giữa Osaka và Tokyo Bằng cách đo dao động độ trễ và điều chỉnh APN sao cho độ trễ giống nhau ở mọi nơi, có thể tạo ra một môi trường chơi công bằng

Hình ảnh ứng dụng công nghệ APN vào các sự kiện thể thao điện tử
(Nguồn: NTT News Release)

IOWN cần thiết để đạt được mức độ trung hòa carbon

Phong trào khử cacbon sẽ hỗ trợ sự phát triển công nghệ nhằm đưa IOWN vào sử dụng thực tế NTT đã xây dựng tầm nhìn mới về môi trường và năng lượng, "Đổi mới xanh NTT hướng tới năm 2040" và đặt mục tiêu đạt được mức trung hòa carbon vào năm tài chính 2040 Công ty có kế hoạch đạt được 45% mức giảm phát thải khí nhà kính bằng cách giảm tiêu thụ điện thông qua IOWN Để đạt được mục tiêu này, cần phải bắt đầu thương mại hóa IOWN từ khoảng năm 2026, thay vì năm 2030

NTT có kế hoạch phát triển thiết bị IOWN đầu tiên vào năm 2024, hoàn thiện quá trình phát triển hệ thống vào năm 2025 và bắt đầu triển khai thương mại vào năm 2026 Đến năm 2030, chúng tôi đặt mục tiêu khử cacbon cho các trung tâm dữ liệu và mạng di động vốn tiêu thụ lượng điện lớn Đối với NTT, công ty tiêu thụ khoảng 1% tổng nhu cầu điện của Nhật Bản, IOWN là công nghệ thiết yếu để đạt được mục tiêu khử cacbon của tập đoàn Tất nhiên, nếu IOWN trở nên phổ biến, nó sẽ có tác động lớn không chỉ đến Tập đoàn NTT mà còn đến quá trình khử cacbon trên toàn thế giới Chúng tôi đang chú ý đến xu hướng phát triển công nghệ đến năm 2030