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              通訊產業的能源瓶頸,凸顯三網融合的必要性!

              作者:網站編輯   來源:本站原創    日期:2022/7/28 15:45:00    人氣:59113

              導語

              現在,通信市場變成了紅海,有線電視陷入了困境。根源在于電信、廣電在三網融合政策放開后,都在自己不擅長的領域投入了大量的資源,導致通信產業的發展過早進入能源依賴狀態。

              本文我們將交通與作為對比,深入淺出地為你揭示網絡背后的能源消耗問題,你會看到推動三網融合的現實意義!

              1

              交通與通信

              交通、是兩種重要的基礎設施。一個承載實體經濟,一個承載數字經濟。

              交通網絡將人員、貨物從一個地方運輸到另一個地方。網絡則將信息從一個地方傳遞到另一個地方。二者在網絡架構上有很多的相似之處。

              交通網絡中的十字路口就好比是網絡中的交換機或路由器,有紅綠燈和停車線。
              交通中的車站或者物流中心,有較大的場地用于客流、倉儲管理。它們就好比是網絡的數據中心(云計算)。從一個車站到另一個車站的道路,就好比網中的光纖或5G無線信道。
              在道路上跑的各種交通工具,運輸的貨物越多,途經的車站越多,裝卸次數越多,紅綠燈越多,燒的油也就越多,在路上花的時間也就越長。解釋這些現象使用牛頓力學。
              網絡上,傳輸的數據越多,經過的數據中心越多,使用的交換機路由器越多,數據的存取次數越多,所消耗的電力也就越多,的延時也就越大。解釋這些現象需要使用香農定律、蘭道爾定律等通信及計算機知識。
              僅從能量消耗的角度,完全可以將交通與通信進行對照。

              線路一般也是沿著交通路線鋪設。交通網和通訊網在架構上幾乎可以等同。

              信道中的載波,就好比是汽車。對載波的調制,就好比是往汽車里裝貨物。ASK調制就好比一輛卡車拉一只乒乓球,而高階QAM調制,就好比將貨物盡量裝滿一輛車。
              所以,你看到從3G到5G,從WiFi5到WiFi7,從DVBC到DVBC2,主要的變化是調制階數大幅增加。就好比把汽車的犄角旮旯都裝滿貨物。曾經被神化的5G也不過如此。
              兩地之間的直達運輸,最省油,耗時也最小。對應的通信技術就是兩點之間直通、不需要紅綠燈路由器的廣播。
              2

              通信正在成為高能耗行業

              基于基礎通信網,將計算機連在一起,就升級為互聯網。

              互聯網的最初應用是傳輸文字圖片,最廣泛的應用是電子郵件。鼠標輕輕一點,就可以取代郵差。這時,我們感覺不到能源的消耗。
              后來,我們用互聯網點視頻時,圖像質量稍高點的視頻會容易讓電腦發熱,手機電量也快速下降。有機構測算,我們每點播一集視頻,終端與云端消耗的電力,大約可以燒開三壺水。

              從標清到高清,再到超高清,需要消耗的電力呈指數級增長。通信網絡和云計算的效率提升,并沒有按照指數級速度跟上,遇到了能耗瓶頸。
              比如,手機開了5G功能,電量會很快下降,5G基站也成為電老虎,視頻網站的會員費不斷提高也不能阻擋他們的虧損。
              信息通信是文明的基礎,越來越高的通信設備能耗,開始讓我們將文明與能源消耗聯系在一起。
              3

              文明等級與能源消耗

              前蘇聯天體物理學家尼古拉-卡爾達舍夫提出了這樣一個理論:人類文明的技術進步與可控制的能源總量息息相關。根據這條思路,他從低到高確定了銀河系中文明發展的三種類型:

              類型I :該文明是行星能源的主人,這意味著他們可以主宰整個世界能源的總和。

              類型II :該文明能夠收集整個恒星系統的能源。

              類型III :該文明可以利用銀河系系統的能源而為其所用。

              卡爾達舍夫等級用一個對數公式表示。如果一個文明的全部能源消耗為P,那么這個文明對應的卡爾達舍夫等級K可以表示為:

              根據國際能源署的數據,2018年全球能源消費為14 281 889千噸油當量(能量單位),大約為1.90×1013W。由該公式計算出地球上人類文明,目前屬于0.728級文明。

              現在,我們的衣食住行都有了很好的保障,這方面的能耗增加有限?;ヂ摼W通訊產業的能耗以每年超過20%的速度快速增加,將很快成為主要的能源消耗。

              如果將現在網絡中的視頻全部改為8K超高清,可能全社會的發電用于通信也不夠。更不用說熱炒的16K/120Hz元宇宙超高清視頻了。

              超高清視頻通訊或者說元宇宙,所帶來的高能耗,或許是推動人類向1.0級文明發展的動力。

              4

              通信產業的背后是能源

              種種跡象表明,從5G開始,通信產業的發展和能源消耗關聯起來。
              數據中心也可以稱為電力向算力的轉化中心,運營商正在大力推廣的“算力網”,從能源角度可以稱為數字經濟時代的基礎“能源網”,是數字經濟的核心。
              國家正在實施的東數西算工程,就好比西電東送建設的坑口發電廠,就近將西部的電力轉化為算力,用通信網絡將運算結果送到東部,大幅降低能源消耗。
              超高清時代,通訊作為一個大產業,其發展正在與人們可控制的能源有關,與尼古拉-卡爾達舍夫的文明等級理論開始關聯,激勵人們進行創新。
              比如,有頭有臉的資本開始投資核聚變發電。據悉再過10年,核聚變電力有可能上網銷售。
              這時,請允許泰信君進行更長遠的暢想:

              將來,當人類有了新的理論,可以使用可控核聚變方式,產生特定的電磁波,或其它什么波,并對其進行高效調制,然后再定向發射,既可以用于地球尺度的全息通信,也可以與外星人進行聯系,而通信用的能源可能就是一罐氫氣,而且可以用很長時間。
              這時的人類應該早已實現了能源自由,文明水平至少達到了尼古拉-卡爾達舍夫定義的類型I水平。
              但目前的通信還必須接受香農定約束,設法降低能耗。
              香農定律給我們描述了能源與信息通信之間的關系。這個定律我們時常提起,但又很容易忽視。
              時常提起是因為有資源約束的無線通信,必須在香農定律的指導下,才能提高通信效率。
              被忽視的原因是,有線通信,特別是光纖通信,因為物理信道資源豐富,在很多應用場景不需要考慮香農定律的存在。但這并不意味著沒有香農定律約束。
              比如,雖然光纖帶寬很大,但光模塊的射頻電路帶寬有限,也受香農定律約束。
              所以,從百兆、千兆再到萬兆光模塊的射頻芯片面積越來越大,基帶芯片能耗也越來越高,光貓也越來越熱。
              比較遺憾的是,芯片技術的進步,對射頻電路的功耗降低作用不大,用這類光電轉換模塊的IP網絡通信,被鎖定在了低效的ASK調制上,邏輯電路需要外接容量越來越大的DDR存儲器,增加延時。
              隨著摩爾定律逼近物理極限,通信技術發展的指揮棒,就交到了香農定律手里。
              也就是,通信技術的發展水平,將取決于人類獲取能源的能力。
              5

              如何節省通信產業所消耗的能源?

              依照我們目前的認知水平,距離能源自由還很遙遠。特別是考慮到我國仍以煤電為主的現狀,以及雙碳目標的實現,對通信產業的節能必須更加重視。
              正如文章開頭,通信系統的節能完全可以參照交通系統。
              比如,不需要中轉的貨物盡量直達,減少十字路口及紅綠燈,開通直達列車或直達飛機。這對應了沒有中轉路由的廣播通信。
              對廣播通信的研究與3-5G無線信道研究完全一樣,就是采用更先進的調制編碼技術。比如,采用DVBC2的4096QAM以及LDPC編碼,可以實現10bit/Hz的信道效率,就好比使用更省油和裝貨能力更高的汽車。
              這意味著,如果終端直接連接光纖,將10G基帶IP傳輸光模塊的射頻技術用于設計高頻頭,通過多載波分段調制,像5G那樣擴展頻譜及頻譜效率,可以實現100G以上的無路由器低成本廣播直連,信道容量至少比全基帶ASK調制提高10倍,容納200M碼流的高標準8K電視頻道500套以上,可滿足廣播網10年的發展。
              這樣做還同時降低終端的IP包卸載算力,降低終端成本和能耗,讓幾十元的DVBC2機頂盒終端進入市場成為可能。
              如果網絡運營商吸引專業的芯片公司以及終端廠家分工合作,共同制定一個開放的標準,實現多方共贏,而不是閉門造車,上述目標不需要投資就可以達到,而且還可以帶動終端及傳輸設備的產業升級,產生網絡效應。

              這時,對于電視終端的升級,只需更換高頻頭芯片即可。然后再將RF輸入換成光口,再去掉防雷擊電路,總成本應該會下降。
              對于必須經過存儲中轉的貨物,盡量減少貨物的中間裝卸次數。對應的是電信網絡運營商扁平化的網絡架構,減少網絡層級,減少數據路由環節,實現效率提升、能耗下降。
              近年來,一些云計算巨頭進入服務器芯片設計領域,從算力角度提高視頻數據的分發效率,降低能耗。
              但無論如何,寬帶網+云計算+路由器的通信效率,都不可能與基于基礎信道調制的廣播傳輸相比。
              5

              三網融合仍有很強的必要性!

              我們在《超高清驅動三網融合進入2.0時代》一文,詳細敘述了三網融合的來龍去脈。在分析發展超高清時,最后也到了能耗上。為此,我們提出必須跳出一根線上贏家通吃的三網融合思維,進入多根線分工、基于終端融合的三網融合2.0時代,才能降低能源消耗。
              也就是說,超高清時代,依據香農定律,有可能是鋪設更多光纜、掌握更多物理信道資源的運營商勝出,也意味著管道資源的價值更加凸顯。由此推測,同時建設DVBC2廣播網和IP寬帶網的運營商,會在市場競爭中占據主導地位。
              國家政策規定的廣播網獨立到戶,是一個巨大的綠色廣播電視傳輸資源。如果政策允許,電信運營商有可能爭搶有線電視入戶資源。
              目前,電信運營商在“算力網”上的巨額投資,會導致主營業務重心向云計算偏離,使用廣播網卸載算力網超高清數據負載的可能性較低,反而會將超高清作為消化算力網的應用,短暫降低對管道的關注度。這或許是有線電視建設DVBC2廣播網實現最后逆襲的機會。
              但是,如果有線電視以機頂盒為中心的計劃經濟體制不變,對戰略機遇期不敏感,廣播網絡入戶資源繼續大量閑置浪費,國家會不會為了綠色發展,鼓勵電信運營商參與競爭,提高廣播網資源利用效率呢?
              所以,電信運營商建設DVBC2廣播網的可能性并不為零。
              有線電視必須加快市場化改革步伐,高效利用已有資源,進入三網融合2.0時代。
              三網融合2.0是一件很有意義的事,泰信希望與產業鏈伙伴一起,將這件利國利民的事做成!
              全文完,如果覺得對行業健康發展有利,就請隨手點個贊和在看吧。

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