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Nahezu jedem Aspekt des modernen Lebens liegt die mobile Datenkommunikation zugrunde, vom Bankwesen zum Gesundheitswesen bis zu sozialen Netzwerken. Die Gesellschaft generiert eine enorme Datenmenge, die übertragen, verarbeitet und analysiert werden muss, oft online. Um Netzüberlastungen zu vermeiden, werden Rechendienste zunehmend auf die Geräte und Mobilfunk-Basisstationen der Nutzenden ausgelastet. Diese Strategie wird Edge-Computing genannt. Dadurch steigt der Energiebedarf für das Online-Leben weiter an.
Daher wird über das Projekt GREENEDGE die Entwicklung energieeffizienter Computersysteme für mobile Edge-Technologien gefördert. Finanziert über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen arbeiten bei GREENEDGE 15 Nachwuchsforschende aus aller Welt über einen zweigleisigen Ansatz: umweltfreundliche Kommunikation und Computertechnik mit ökologischem Design schaffen.
Energieintensive Netze
Studien habe ergeben, dass der Stromverbrauch von Datennetzen drastisch ansteigt und sogar mit der Luftfahrt aufschließt. Diese energieintensiven Netze beruhen in hohem Maße auf Rechendienstleitungen, die sich auf KI oder Algorithmen des maschinellen Lernens stützen.
Mit 5G und KI-basierten Dienstleistungen werden diese Algorithmen ans Edge des Mobilfunknetzes verlagert, sodass auch der globale CO2-Fußabdruck erheblich ansteigt. Im GREENEDGE-Projekt wird die Dringlichkeit dieses Problems anerkannt, das Team schlägt daher innovative Forschung vor.
„Technologie wird immer komplexer“, erklärt der GREENEDGE-Projektkoordinator Michele Rossi, Professor für Informationstechnik an der Universität Padua in Italien. „Für diese Komplexität ist deutlich mehr Kommunikation und Rechenleistung erforderlich. Über GREENEDGE sollen die Technologien von heute durch etwas energetisch Effizienteres ersetzt werden.“
Informationsinnovation
Die Projektforschenden arbeiteten an neuen, energieeffizienten Algorithmen für das Training und die Ausführung von KI-Modellen innerhalb von Netzen. Sie gestalteten und implementierten auch Hardware-Lösungen, bei denen der geringe Energieverbrauch Priorität hat. Das Team hat auch geprüft, ob erneuerbare Energiequellen wie Solarpaneele eine Möglichkeit sind, die Netzinfrastruktur mit Energie zu versorgen. Schließlich wurden hochmoderne KI-Algorithmen für Edge-Computing geschrieben, die deutlich mehr Energieeffizienz bieten als vorherige Modelle.
Die Studierenden im Netzwerk wurden an verschiedenen Forschungseinrichtungen in ganz Europa zu technischen Aspekten des Projekts ausgebildet und haben mit Industriepartnern wie Telekommunikationsbetreibern, Fachkräften zum Internet der Dinge und zu intelligenten Städten zusammengearbeitet. Gleichzeitig konnten sie bei Seminaren und Schulungen persönliche Kompetenzen wie Marketing und Projektmanagement erwerben, um auf Führungsrollen im Bereich der nachhaltigen Informationstechnologie vorbereitet zu sein.
Wie Rossi betont: „Unsere Forschenden standen mehr unter Druck als normale Promovierende. Durch das Projekt wurden ihnen mehr Schulungen, mehr Verantwortung, mehr Leistungsziele und mehr Verpflichtungen aufgebürdet. So wurden sie hochprofessionell – was meines Erachtens ein großer Vorteil ist.“
Bisher sind aus dem GREENEDGE-Projekt bahnbrechende Ergebnisse hervorgegangen. Der Energieverbrauch auf Edge-Geräten wurde um 43 % gesenkt, um die Geschwindigkeit und Akkulaufzeit zu verbessern. Das Team entwickelte auch intelligenteres KI-Training für weniger Datenübertragungen und Stromverbrauch. Außerdem wurden ein System zur Belastungsprognose für Energieeinsparungen in intelligenten Städten und Algorithmen entwickelt, um die Akkulaufzeit für KI-Aufgaben zu optimieren.
Die GREENEDGE-Partner haben vor allem weitere EU-Finanzierung für SUPERIOT erhalten. In dem Projekt soll ein Prototyp für ein nachhaltiges Gerät für das Internet der Dinge ohne Akku entstehen. Das kleine Gerät kann diskret an Wänden installiert und über druckbare Mikro-Solarpaneele über Photovoltaik oder Innenbeleuchtung betrieben werden. Es ist also höchst energieeffizient. In Zukunft könnten die Knoten sogar auf biologisch abbaubaren Substraten gedruckt werden, die sich nach der Nutzung auflösen und somit noch umweltfreundlicher sind.
Die Zukunft der IKT
Diese beeindruckenden Ergebnisse wurden in mehreren von Sachverständigen begutachteten Fachzeitschriften und auf sechs Kongressen auf der ganzen Welt vorgestellt, unter anderem bei der IEEE Global Communications Conference 2023 in Kuala Lumpur. Im Projekt wurden auch zwei Seminare bei der IEEE PerCom-Konferenz 2024 zu verwandten Themen organisiert, um die Forschungsgemeinschaft im Bereich nachhaltiger Informationstechnologie zu vergrößern.
Die vielleicht größte Errungenschaft von GREENEDGE geht jedoch über die direkten Erfolge hinaus. Das Team hat die nächste Generation der Fachkräfte für umweltfreundliche Computersysteme gefördert und bildet somit die Innovierenden der Zukunft dafür aus, mit der Datenflut der stets wachsenden Online-Präsenz und den Massen an vernetzten Geräten umzugehen.