Digital Power
SDPA ist Voraussetzung für die Einführung von 5G
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
SDPA: ein gewaltiges Aufgabenspektrum
SDPA ist eine breit angelegte, kostspielige Technologieentwicklung. Es ist nicht davon auszugehen, dass ein Unternehmen alle Aspekte von SDPAs dominieren wird. Das Aufgabenspektrum umfasst sowohl die Entwicklung von In-Package-Strom- und Spannungswandlern, basierend auf neuen Halbleitertechnologien, bis zu weltumspannenden, in Echtzeit operierenden High-Level Energie-Management-Designs, die noch zu entwickeln sind. Parallel dazu sehen wir einen wachsenden Bedarf an Messtechnikentwicklungen für den Power-Management-Bereich. Der sich abzeichnende Einsatz von Halbleitermaterialien wie GaN und GaAs wird nicht nur höhere Frequenzen im Betrieb der kompakten Wandler ermöglichen, sondern darüber hinaus auch noch eine höhere Granularität im Power-Management von FPGAs oder Mikroprozessoren.
SDPAs werden ermöglicht durch fortschreitende Verbesserungen im Bereich der Digital Electronics, der A/D- und D/A-Wandlung, der Stromwandlung und des Fortschritts im Bereich der Power-Management-Technologien. Stetige Verbesserungen in den einzelnen Bereichen werden die Entwicklung des Gesamtkonzepts weiter vorantreiben. Es gibt bereits Trends und Entwicklungen, die auf den bevorstehenden SDPA-Einsatz hindeuten.
Ein Beispiel dafür ist ein virtueller Energieverbrauchsmesser, den ein Team europäischer Forscher entwickelt hat, und der in Echtzeit den Energieverbrauch von Netzwerkkomponenten durch die Auswertung leicht erfassbarer Netzwerk-Statistiken im Abgleich mit empirischen Energieverbrauchsmodellen ermit-
telt. Das so entstandene »Virtual Power Meter« sammelt die Netzwerkstatistiken wie etwa Browsing, Video Streaming und Background FTP Traffic und ermittelt den Energiebedarf des Wireless Access Points für einen vorgegebenen Beobachtungszeitraum. Der durchschnittliche Energiebedarf bewegte sich bei zehn Versuchsdurchgängen zwischen 3,437 W und 3,446 W. Der durchschnittliche absolute Fehler lag bei 28 mW. Zwischen der 5ten und der 15ten Sekunde des Tests wurde das Netzwerk verlangsamt, und das »Virtual Power Meter« dokumentierte den sich reduzierenden Energiebedarf.
Europas SEAS-Programm (Smart Energy Aware System) ist ein anderes Beispiel für SDPA-bezogene Aktivitäten. Die SEAS Website weist darauf hin, dass weltweit, vor dem Hintergrund ökologischer und ökonomischer Herausforderungen mit steigenden Energiebedarfen gekämpft wird. Um diese Herausforderungen zu lösen, bedarf es nicht nur industrieweiter und –übergreifender Kooperationen und eines Bewusstseins der Verbraucher für die Mittel, die ihnen zur Verfügung stehen, um die Quantität und die Art der Energie, die sie verbrauchen, zu beeinflussen. Das alles geschieht vor dem Hintergrund mangelnder Möglichkeiten, den Energiebedarf in Abhängigkeit von sich dynamisch ändernden Nutzerverhalten und -anlässen zu prognostizieren.
Aufgabe des SEAS-Projekts ist es, Energie-, ICT- und Automationssysteme in die Lage zu versetzen, an Verbrauchsorten zusammenzuarbeiten und so dynamische und verfeinerte ICT-basierte Kontroll-, Beobachtungs- und Vorhersagelösungen für den Energieverbrauch zu etablieren. Ein zusätzliches Ziel des SEAS-Projekts ist es, Geschäftsmodelle für Anbieter auf dem Energiemarkt zu entwickeln, um Mikro-Grid-Umgebungen mit aktiven Kunden zu verbinden und auf diesem Wege neue Geschäftsmodelle zu etablieren.
In einer Veröffentlichung kündigte das »IEEE Journal on Selected Areas in Communications« an: »Eine der größten und wichtigsten Herausforderungen im Zusammenhang mit der 5G-Entwicklung besteht darin, den Energiebedarf im Zusammenhang mit den dramatisch steigenden Datenraten zu betrachten. Die 5G-Ära wird die Zahl der Basisstationen um Millionen vervielfachen und die Zahl der verbundenen Geräte in den Milliardenbereich katapultieren.« Deshalb sei die Entwicklung Software-basierter Power-Architekturen wichtiger als jemals zuvor.«
»Um die Vertausendfachung der angebotenen Datenraten und des Datendurchsatzes zu gewährleisten, muss nach heutigem Stand der Technologie die Effizienz der Netzwerke im selben Maßstab verbessert werden, will man sie auf dem heutigen Niveau halten. Das erfordert intensive Entwicklungsanstrengungen nicht nur im Hinblick auf die Kapazitätsverbesserungen, sondern auch in Bezug auf das anzustrebende Energie-Effizienz-Level«, stellt das IEEE fest.
Ericsson hat in diesem Zusammenhang die Zusammenarbeit mit dem bekannten King´s College in London und der TU in Dresden angekündigt. Ihre gemeinsamen Forschungsanstrengungen werden sich nicht nur auf die technischen Implikationen beschränken, sondern auch die sozialen Aspekte berücksichtigen, die mit der Einführung der nächsten Kommunikationstechnologie zu erwarten sind. Mit dem Royal Institute of Technology, der Chalmers University of Technology und der Lund University in Schweden sind noch andere führende europäische Forschungsinstitute in diesem Bereich tätig.
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