Verkehrsaufkommen am Datenhighway optimieren

Die immensen Datenmengen großer Rechenzentren werden derzeit noch relativ ineffizient verarbeitet, so Stefan Schmid, Informatiker an der Uni Wien. Mit Hilfe neuer optischer Technologien möchte er den Datenverkehr in seinem aktuellen ERC-Projekt verbessern.

Alleine Google, Facebook & Co. verfügen weltweit über zig Rechenzentren mit jeweils mehr als hunderttausend Servern. Die Datenmengen, die in solchen Rechenzentren zusammenkommen, dort verarbeitet und gespeichert werden, sind enorm, ebenso der Energieverbrauch jedes einzelnen Zentrums – dieser entspricht nicht selten der Summe von mehreren tausend Haushalten.

Artificial Intelligence bzw. Machine Learning ist in solchen Rechenzentren bereits seit Jahren Realität. "Es handelt sich um große miteinander verkeilte Systeme, die voneinander lernen", erklärt der Informatiker Stefan Schmid, der in seinem ERC-Projekt den Datenverkehr zwischen Servern optimieren möchte: "So geht zum Beispiel eine Google-Suchanfrage an viele Server gleichzeitig, die wiederum miteinander kommunizieren, um das beste Ergebnis zu erzielen." 

Kommunikationsnetzwerke relativ ineffizient

Doch die Wege, die die Daten dabei "gehen", können noch weitaus ökonomischer gestaltet werden, wie Stefan Schmid durch eine Analyse der Rechenwege herausgefunden hat. Dazu hat er die bestehenden Kommunikationswege analysiert und sich gefragt: Wer kommuniziert mit wem zu welcher Zeit? "Der Datenverkehr, der innerhalb eines Rechenzentrums stattfindet, ist um ein Vielfaches höher, als der, der beispielsweise über Suchanfragen zum Rechenzentrum führt", so Schmid. "Derzeit verlaufen die Kommunikationsnetzwerke relativ ineffizient. Man könnte es mit einem fünfspurigen Highway vergleichen, auf dem am Abend alle Autos in die eine Richtung fahren und am nächsten Morgen alle retour – anstatt ihn für beide Richtungen zu öffnen."

ERC Grants
Die Förderung von grundlagenorientierter Pionierforschung ist einer der Schwerpunkte der Europäischen Union. Dafür wurde der Europäische Forschungsrat (European Research Council, ERC) geschaffen. Gefördert werden Forschungsprojekte mit hohem Potenzial für Innovationen. Seit 2007 wurden insgesamt bereits 82 ERC Grants an Forscher*innen der Universität Wien vergeben. ERC Grants der Universität Wien im Überblick

Salopp ausgedrückt möchte der Informatiker in seinem ERC-Projekt den Datenhighway in beide Richtungen öffnen bzw. ihn an die Verkehrsstrukturen anpassen. "Nicht nur, dass die Daten dann viel effizienter verteilt werden, es kann somit auch viel Energie eingespart werden", so Schmid. 

Optische Netzwerke im Einsatz

Erreichen möchte das Stefan Schmid mit sogenannten selbst adaptierenden Systemen. Das ist nicht neu und auch bereits im Einsatz. Doch das Besondere an Schmids Methode ist, dass er nicht – wie die meisten anderen – an einer optimierten Software-Lösung arbeitet, sondern an einer Hardware-Lösung.

Dazu experimentiert er mit optischen Technologien wie Laser- und Spiegelnetzwerken: "Meine wichtigsten Helfer sind dabei Photonen, die ja in der heutigen Technologie die neuen Elektronen sind", erklärt der Wissenschafter. Die elektromagnetisch wirkenden Teilchen gepaart mit der Laser- und Spiegeltechnik möchte Stefan Schmid derart konstruieren, dass sie als selbst adaptierende Systeme funktionieren, die sich dem jeweiligen Datenverkehr anpassen.

Mit der Digitalisierung konstruktiv und kritisch umgehen
Bewusstsein für Potenziale und Risiken der Digitalisierung entwickeln und die Tragweite und Folgen des digitalen Wandels beurteilen können – das lernt man im Massive Open Online Course (MOOC) "Digitales Leben" von Fares Kayali. Der MOOC startet am 12. Oktober 2021 und steht auf der österreichischen MOOC-Plattform imoox.at kostenlos allen Interessierten zur Verfügung.

"Das primäre Ziel meines ERC-Projekts ist, die theoretischen Grundlagen für selbst adaptierende Netzwerke in Rechenzentren zu erarbeiten", so Schmid. "Dennoch möchte ich zu Projektende, im Jahr 2025, bereits einen Prototyp im Einsatz haben, der idealerweise den Datenverkehr in Rechenzentren verringert, ihn dadurch ökonomischer gestaltet und somit langfristig Kosten und Energie einspart." (td) 

Stefan Schmid studierte an der ETH Zürich. Nach seinem Postdoktorat an der TU München 2008/09 war er bis 2015 Senior Research Scientist an den Deutschen Telekom Laboratories (T-Labs) und an der TU Berlin. Von 2015 bis 2017 war Schmid Associate Professor an der Aalborg Universität; seit 2018 ist er Professor an der Fakultät für Informatik an der Universität Wien. Sein ERC Consolidator-Projekt "Self-Adjusting Networks (AdjustNet)" läuft bis März 2025. (© Stefanie Rochel)