Gestern Elektronik, morgen Photonik: Die Zukunft einer | NTT DATA

Montag, 03. Feb 2020

Gestern Elektronik, morgen Photonik: Die Zukunft einer Hochtechnologie – präsentiert auf dem letzten NTT R&D Forum

Die Welt wird schneller und die Anforderungen an unsere Technologien immer größer. Um diese Schnelligkeit halten zu können, benötigt es neue Ansätze für Hochleistungsinformatik. Die Elektronik stößt an ihre Grenzen und wird von einer Technologie überholt, die Schnelligkeit auf ein neues Level hebt: Photonik. Wie die Zukunft dieser Hochtechnologie in der IT aussieht, zeigte NTT DATA auf dem NTT R&D Forum.

Vor bereits 60 Jahren wurde der Laser erfunden. Die Ursprünge der Lasertechnologie können sogar bis zu den Hughes Research Laboratories 1960 rückverfolgt werden. Eine Erfindung, die Forschung und Entwicklung im Feld der Photonik veränderte – und eine Technologie, die im Mittelpunkt des letzten NTT R&D Forums in Tokio stand.

Laser, steht für “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”. Er produziert Licht mit zuvor nie dagewesenen Eigenschaften: Er kann auf eine einzigartige Weise gerichtet, fokusiert und verbreitet werden. Weitere Enwicklungen, wie Laser Dioden und optische Verstärker folgten in späteren Jahrzenten und ermöglichten neue Arten der Nutzung. Heute ist die Photonik-Technologie vorherrschend für die Kommunikation des globalen Netzwerks in Form von Glasfaserkabeln. 

Optische Unterwasserkabel durchqueren heute die Ozeane und verbinden Datenzentren auf der ganzen Welt. Allerdings besitzt die Photonik das Potenzial für mehr als nur zur Telekommunikation und dem Datenfluss verwendet zu werden. NTT erforscht – gemeinsam mit seinen Partnern – neue Verwendungsmöglichkeiten, die einen Paradigmenwechsel in der Informatik ermöglichen.  

Erfolgsversprechende Zukunft für die digitale Welt: Photonik in der Informatik


Bei NTT DATA glauben wir an eine Zukunft, in der Netzwerke vollständig mit Photonen und Photonik betrieben werden. Durch eine optoelektronische Integration können Photonen ohne Umwandlung direkt in einen Mikrochip laufen und so enorme Transfergeschwindigkeiten ermöglichen. Die Umsetzung kann drei herausragende Vorteile für die Informatik bringen:

Erhöhte Geschwindigkeit: Licht (Photonen) bewegt sich schneller als Elektrizität (Elektronen)
Geringere Latenz: Die derzeitige Verzögerung bei der Umwandlung von Photonen in Elektronen würde entfallen 
Bessere Energieeffizienz: Photonen verschwenden keine Energie durch die Erwärmung von Bauteilen 

Diese Eigenschaften machen die Photonik zu einer optimalen Lösung für einige der wichtigsten Probleme der heutigen Computerwelt. Nehmen wir zum Beispiel den ökologischen Aspekt: Schätzungen zufolge verbrauchen Rechenzentren derzeit ein Prozent des weltweiten Strombedarfs. Das ist bereits ein signifikanter Verbrauch, jedoch gehen Prognosen davon aus, dass dieser Anteil bis 2030 auf bis zu zehn Prozent der weltweiten Stromkapazität ansteigen wird. Verantwortlich dafür sind die zunehmenden rechenintensiven Workloads, wie Dienste auf der Basis von künstlicher Intelligenz, Quanten-Computing und auch Crypto-Computing, wie es in Bitcoin und anderen Blockchain-Lösungen verwendet wird.

Das Mooresches Gesetz besagt, dass sich die Anzahl der auf einen Mikrochip platzierten Transistoren alle zwei Jahre verdoppelt. Die daraus resultierende Zunahme der Rechenleistung hat die Grundlage für die Informatik, wie wir sie kennen, geschaffen. Prognosen lassen erahnen, dass das Gesetz ab 2025 seine Gültigkeit verlieren wird. Grund dafür ist, dass die Elektronik an grundlegende physikalische Grenzen stoßen wird, die durch Probleme im Zusammenspiel von Wärme und Effizienz gekennzeichnet sind.

Die Photonik setzt an diesem Problem an. Sie bietet die Effizienz, die eine nachhaltige Zukunft mit weitaus geringerem Stromverbrauch unterstützt und einen neuen Plan für Technologien, die das Mooresche Gesetz erweitern könnten.


IOWN auf dem NTT R&D Forum 2019 und die Anwendung der Photonik 

NTT DATA denkt an eine Welt, die die Vorteile der Photonik voll ausschöpft – eine Welt , die durch innovative optische und drahtlose Netzwerke, bekannt als IOWN, betrieben wird. Es ist eine Welt, die viele Aspekte des Lebens verbessern kann: von der Gesundheitsversorgung in schwer zu erreichenden Gegenden über Katastrophenschutz, Verkehrsmanagement, autonomes Fahren bis hin zu Unterhaltung und Produktion. Und schließlich ist es eine Welt, die immer intelligenter wird: getrieben von intelligenten Städten, intelligenter Mobilität und intelligenter Fertigung.


Auf dem diesjährigen R&D Forum wurde eine Vielzahl an Services gezeigt, die auf der IOWN Technologie aufbauen. Beispielsweise präsentierte NTT DATA Services eine Smart City Solution für die Stadt Las Vegas, um gleichsam reaktiv und proaktiv auf Szenarien in der Praxis Antworten zu geben – eine Lösung, bei der  andere Städte größtes Interesse zeigen. Im Medien- und Unterhaltungsbereich erhielten die Besucher eine Vorschau auf die Zukunft des Entertainments mit der Ausstellung IOWN x Entertainment – eine Technologie, die die reale Welt nahtlos mit einer virtuellen Welt in Echtzeit verbindet, realisiert durch KI.

Zukünftig werden diese zusätzlichen Leistungsspektren die Grundlage für UI/UX-Technologien der nächsten Generation sowie für das Digital Twin Computing bilden, bei dem wir die reale Welt in einer virtuellen Umgebung ohne Einschränkungen nachbilden können.

Dienstleistungen in einer von IOWN betriebenen Welt 


Technologien wie KI und Quantencomputing, die den Anstieg der oben erwähnten rechenintensiven Arbeitsbelastungen vorantreiben, werden in Zukunft weiter zunehmen. Deshalb müssen wir als Gesellschaft Lösungen finden, diese Belastungen dauerhaft einfach und fair zu verwalten. In diesem Sinne haben die Herausforderungen, die das Ende des Moore'schen Gesetzes und ähnliches darstellt, eine ethische Dimension – ihre Bewältigung ist nicht nur eine wirtschaftliche oder technologische, sondern eine moralische Herausforderung.

Wir sind auf dem Weg in eine Zukunft, die mit Photonik gelingen kann. NTT DATA arbeitet aktiv an IOWN Dienstleistungen, um weiterhin wirklich innovative Technologien für seine Kunden zu realisieren und so zur Entwicklung einer „harmonischen Gesellschaft“ beizutragen.

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