Verkehrsaufkommen am Datenhighway optimieren

Google, Facebook & Co. häufen Daten, die nicht nur Serverleistung, sondern auch Energie beanspruchen. Informatiker Stefan Schmid möchte den Datenverkehr von Rechenzentren nachhaltiger gestalten. In Artikel und Video gibt er Einblicke in aktuelle Fragestellungen und seinen Forschungsalltag.

Die Datenmengen, die in 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. Alleine Google, Facebook & Co. verfügen weltweit über zig Rechenzentren mit jeweils mehr als hunderttausend Servern.

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."
 

"Der wichtigste Gegenstand in meinem Forschungsbereich ist nicht das Glasfaserkabel oder ein Computer, sondern das Whiteboard", so ERC-Preisträger Stefan Schmid. Computerwissenschaft ist Teamwork und genau das schätzt der Spitzenforscher an seinem Beruf. Im Video begleiten wir den Informatiker in seinem Forschungsalltag. 

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.

"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 an der Aalborg Universität und von 2018 bis 2021 an der Fakultät für Informatik der Universität Wien. Aktuell ist Stefan Schmid Professor an der TU Berlin. (© Stefanie Rochel)


Der Textbeitrag erschien bereits im Jänner 2021 im uni:view Magazin. Der Artikel wurde aktualisiert und um ein Video ergänzt.