Semiconduttori sempre più efficienti dal punto di vista energetico riescono a compensare l’aumento della complessità dei dispositivi e delle stazioni base. Con questa certezza si susseguono le generazioni di rete wireless senza troppo preoccuparsi del proprio impatto ambientale.
Fino al 5G, compreso, questo compromesso ha funzionato, ma ora emergono chiaramente molti segnali che mostrano come il 6G richiederà grandi cambiamenti. A partire dalla Release 15, il Network Management ha cominciato a essere troppo complesso da gestire dal punto di vista dei consumi energetici, spingendo il 3GPP a inserire alcuni correttivi. È quindi improbabile che il salto in avanti di performance promesso dal 6G sia gestibile dal punto di vista energetico con il solo miglioramento dell’efficienza dei semiconduttori. È necessario intervenire su più fronti in maniera decisa e coraggiosa.
Dispositivi sempre più efficienti, fino al Net Zero Idle mode
L’evoluzione tecnologica più evidente e comunemente nota è quella dei dispositivi mobile. La loro progettazione dal punto di vista energetico è condizionata dalla capacità della batteria e dal livello di dissipazione termica. Per rispettare i livelli di sicurezza della temperatura superficiale, il loro consumo energetico medio totale solitamente non supera i 3-5W. I nuovi dispositivi in arrivo, sempre più compatti e più wearable, potrebbero mostrare limitazioni ancora più stringenti.
Gli spazi di miglioramento in questo ambito sono quindi strettamente legati alla gestione del loro status. Quando non vengono utilizzati o la velocità di trasmissione dati cala notevolmente, devono diventare inattivi, a meno di attività di housekeeping che richiedano il contrario. Questa non può essere però l’unica soluzione, il settore tech sta infatti lavorando in diverse direzioni perché i dispositivi dell’era del 6G siano meno energivori.
Prima di tutto è fondamentale iniziare a inserire di default l’efficienza energetica nelle specifiche di sistema come KPI fondamentale, per tutte le tipologie di dispositivi. Sia nella produzione che nel funzionamento e nella manutenzione continuativa. Dovrà essere allo stesso tempo prevista anche un’architettura di modem “big-little” dotata di un sottosistema leggero ed efficiente, studiato apposta per gestire gli stati di bassa attività. Il passo avanti successivo a cui guardare è il Net Zero Idle mode: dispositivi in grado di fare addirittura a meno della batteria quando l’attività scende sotto una certa soglia.
Più le reti sono intelligenti, meno consumano
Le preoccupazioni intorno al massiccio consumo energetico del 5G esistono da tempo, soprattutto per l’impatto OPEX che ha sull’operatore di rete. Man mano che gli ESG si sono fatti largo tra le priorità delle aziende è emerso anche il risvolto energetico-ambientale, oggi diventato fondamentale.
L’arrivo del 6G porterà un ulteriore aggravamento della situazione da questo punto di vista. Non è una previsione pessimistica, ma una certezza basata su tre fattori “ad alto consumo”. L’aumento della complessità nelle stazioni base, la loro densificazione e una inarrestabile cloudificazione distribuita.
Questo scenario spinge a pensare alla necessità di scendere a compromessi e, in futuro, sacrificare prestazioni o flessibilità della rete, limitandone così il consumo energetico. Per evitare che tale scelta sia troppo impattante sulla qualità del 6G, si stanno esplorando alcuni altri interventi da affiancarvi.
Come per i dispositivi, anche in questo caso le specifiche di sistema giocano un ruolo chiave e devono includere la sostenibilità come KPI in tutti i livelli di protocollo. Gli altri spunti riguardano i nodi di rete che potrebbero diventare ibridi e in grado di spegnersi o ridurre la propria attività in ogni momento possibile, attraverso un meccanismo di accensione e spegnimento dinamico.
In tal senso un ruolo importante sarà ricoperto dall’intelligenza artificiale che, con algoritmi di machine learning rinforzato, potrebbe fare la differenza nella riduzione dei consumi. Per ottimizzare gli sforzi di ricerca, si tende sempre di più anche ad approfondire ogni possibilità di adattare ai nodi di rete le strategie già studiate per rendere più green i dispositivi.
Le 4 inevitabili sfide per un 6G sostenibile
I dispositivi e la rete con tutti i suoi nodi rappresentano i più immediati campi di azione per migliorare l’impatto energetico del 6G. Anche in caso di evoluzione ottimale, non si otterrebbero però risultati soddisfacenti senza un ripensamento generale delle dinamiche di progettazione e produzione di tutto ciò che gira loro attorno.
La ricerca di opportunità di risparmio energetico deve estendersi anche ai circuiti RF, alla progettazione di forme d’onda e all’advanced MIMO fino alle procedure di livello fisico. Serve quindi un cambio di mindset che, partendo dalla ricerca, deve proseguire anche nella standardizzazione. Finora fortemente orientata alle prestazioni, questa procedura dovrà presto abbracciare l’arte del compromesso, tra potenza e prestazioni o tra potenza e latenza.
Proseguendo nello sviluppo della rete 6G, all’orizzonte compaiono 4 sfide green
- Scalare la potenza in funzione del carico di traffico. Sia quella dei dispositivi che quella di rete deve ridursi sostanzialmente ogni volta che il carico di dati diminuisce.
- Densificazione della rete senza aumento dell’impronta energetica. È necessaria per fornire maggiore capacità/Hz e per superare le maggiori perdite di propagazione per le bande più alte (mmW, Sub-THz) ma non deve avvenire a spese dell’ambiente
- Servizi end-to-end ESG-friendly. Nel definire le soluzioni tecnologiche da adottare nello standard 6G va tenuto conto del consumo energetico aggiuntivo che comportano
- Cooperazione tra rete e dispositivo. Una migliore conoscenza reciproca tra device e stazione di base può consentire di ottenere ulteriori risparmi energetici a una o entrambe le estremità.
Una delle poche certezze, quindi, è che quella 6G dovrà essere una rete “tailor made” per gli ESG. Se già adesso non la si pensa in questa chiave, non ci saranno correttivi così efficaci per renderla sostenibile “a posteriori.
