Solcellsproduktion på hög nivå

Fraunhofer ISE har i samarbete med Asys Automatisierungssysteme GmbH utvecklat en process för metallisering av kiselsolceller. Med hjälp av denna process är det möjligt att tillverka solceller i ett system med hög kapacitet på en bråkdel av den tidigare tiden. Detta gynnar framför allt de största tillverkarna av solcellsmoduler. Beläggningen utförs med hjälp av roterande screentryck och flexotryck.
Systemet, som kallas Rock-Star, arbetar en och en halv gång snabbare än andra system, med en kapacitet på upp till 8 000 delar i timmen. Delar för andra områden som kraftelektronik, vätgasteknik och sensorteknik kan också användas. Cykeltiden minskas till bara 0,6 sekunder per solcell, vilket är en enorm förbättring av tidshanteringen jämfört med de tidigare 0,9 sekunderna i screentrycksprocessen med plattbädd.

Systemets funktion

Linjen har ett helt nytt transportsystem med hög genomströmning. Under tillverkningen av komponenterna transporteras de med hög hastighet och noggrannhet på skyttlar förbi tryckverk från Gallus Ferd Rüesch AG, ett mekanikföretag från Schweiz, och beläggs under processen.
En roterande screentrycksenhet och en flexotrycksenhet kan läggas till. Vissa tryck- och beläggningsprocesser, t.ex. djuptryck, kan också integreras tack vare konstruktionen. På så sätt kan komponenterna transporteras med 600 mm/s och skrivas ut exakt. Genom att metallisera solcellerna fästs bussbars och cellgaller på solcellen genom screentryck.

Fraunhoferinstitutets historia

Fraunhoferinstitutet för solenergisystem tillhör Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. (Fraunhoferföreningen för främjande av tillämpad forskning) och ligger i Freiburg im Breisgau. Företaget grundades 1981 av Adolf Goetzberger. 1983 utvecklades den första helt elektroniska ISE-omriktaren. År 1986 skapades här den första serieprodukten med en fluorescerande kollektor för energiförsörjning, och 1989 öppnades det första renrumslaboratoriet för utveckling av solceller. Sedan 1998 tillverkas även selektiva solabsorbentskikt för termiska solfångare.
Institutet ägnar sig i allmänhet åt tillämpad forskning och utveckling inom ingenjörs- och naturvetenskap på området solteknik och solceller. I Gelsenkirchen finns en anläggning som tillverkar solceller utanför anläggningen. Institutet är det största solforskningsinstitutet i Europa med över 1100 anställda och en budget på cirka 83,5 miljoner euro.

Frauenhoferinstitutet finns på 66 orter med över 22 000 anställda i Tyskland. Rock-Star-anläggningen grundades av Dr. Florian Clement, som är chef för avdelningen för struktur- och produktionsteknik och metallisering vid Fraunhofer ISE, och som har varit dess chef sedan starten.

ASYS Automatisierungssysteme GmbH:s historia

ASYS Automatisierungssysteme GmbH grundades 1992 av Werner Kreibl och Klaus Mang som ett maskinföretag i Dornstadt. Företaget tillverkar bland annat stencil och screentryckare som används för att belägga tryckta kretskort med lödpasta och solceller med metalliseringspasta. Företaget tillverkar också hanteringssystem för elektroniktillverkning och automationsteknik för medicinteknik- och läkemedelsindustrin. ASYS Automatisierungs- GmbH:s omsättning är cirka 151 miljoner euro per år. Företaget har cirka 1300 anställda och täcker cirka 75 procent av SMT-produktionen.

Bidrag till klimatskyddet

Med hjälp av solcellerna, som nu kan tillverkas mycket snabbare, kan klimatförändringarna minskas åtminstone något. Förnybar el används här i stället för att förlita sig på konventionella, icke-förnybara energikällor som olja eller gas, vars användning leder till mer koldioxid i atmosfären än förnybar el. Den påskyndade produktionen av solceller är naturligtvis bara ett litet bidrag till klimatskyddet. Men om fler och fler människor övergår till solceller skulle effekten öka dag för dag. Om deltagandet är tillräckligt stort kan det räcka för att bromsa eller till och med stoppa den klimatförändring som orsakas av människan.
Revolution inom solcellsproduktionen: Rock-Star-anläggningen
Med sina korta produktionstider och höga produktionshastighet är Rock-Star-anläggningen en tillgång inom solcellsproduktionen och påskyndar därmed produktionen av solceller i Tyskland och världen över. Den bidrar på ett betydande sätt till en hållbar stabilisering av klimatet med solceller och andra produkter och blir därmed en verklig tillgång för världen.

Photo by Andres Siimon on Unsplash

Vad som först låter som en ny storfilm är i själva verket en forskningsregion för flygteknik, rymdteknik och geodesi i Münchenområdet. Space Valley består av olika forskningsinstitutioner vid TU München och etablerade flyg- och rymdföretag och utgör en unik miljö för nätverkande och samarbete.

Storstadsregionen i München som innovationscentrum

Fakulteten för flygteknik, rymdteknik och geodesi (LRG) vid det entreprenöriella TU München grundades våren 2018. Geodesi beskriver ”vetenskapen om att mäta och kartlägga jordens yta”. Universitetets forskningsorter sträcker sig från Taufkirchen/Ottobrunn till München, Oberpfaffenhofen till Garching och bildar en framtidsorienterad forskningstriangel. Taufkirchen/Ottobrunn utgör den nya fakultetens huvudkontor. I Garching ligger TU Münchens forskningscampus, i Oberpfaffenhofen forskningsflygplatsen och i München TU Münchens huvudcampus.

Visionen för Space Valley

Genom att sammanföra forskningslokalerna i Space Valley i nätverk ska man samla kunskap och förverkliga visionen om en högteknologisk region. Bayerns ministerpresident Markus Söder har också lovat att ge sitt fulla stöd till innovationsplatsen och ser potentialen för Space Valley att bli den främsta rymdplatsen i Europa.

Bayerns nya Silicon Valley för forskning inom flyg- och rymdindustrin

Namnet ”Space Valley” är inspirerat av Silicon Valley i Kalifornien och är tänkt att visa på en plats för innovation med ett omfattande utbyte mellan forskning och industri. Närheten till flyg- och rymdföretag och stora internationella företag som redan är etablerade här var en avgörande faktor för den nya TU-fakultetens beslut att etablera sig här. Under de senaste åren har allt fler nystartade teknikföretag etablerat sig i München, vilket skapar en unik miljö för innovation och spetsforskning. Med Space Valley drar regionen nytta av dynamiska symbioser mellan forskningsinstitutioner och etablerade företag i syfte att frigöra en ny vetenskaplig och ekonomisk kraft. Genom samarbetet kan studenterna tillämpa sina kunskaper direkt i praktiken och ett utrymme för nätverkande skapas.

Ett nytt campus för fakulteten i Ottobrunn

Fakulteten för flygteknik, astronautik och geodesi vid TU München ingår sedan oktober 2021 i den nystartade skolan för teknik och design och kommer att bli den största fakulteten inom flyg- och rymdteknik i Europa. Michael Klimke har utsetts till verkställande direktör för den nya fakulteten. Särskilt forskningsorten Taufkirchen/Ottobrunn, som är avdelningens huvudkontor, förväntas ha stor potential. Under första kvartalet 2022 kommer fakulteten att flytta in i en nyhyrad fastighet på 14 000 kvadratmeter i Ottobrunn. Ludwig Bölkow Campus som byggs där kommer att utvecklas i samarbete med företag och forskningsinstitutioner i Ottobrunn och kommer förutom laboratorier och testhallar även att innehålla ett centrum för nystartade företag. På lång sikt ska ett universitetscampus för upp till 4 000 studenter, över 50 professorer och hundratals anställda byggas där. Fastigheten ägs av fastighetsbolaget Accumulata Real Estate Group och Pamera Real Estate Partners.

Det nya campuset innebär dock också utmaningar för Ottobrunn när det gäller infrastrukturen. Det stora antalet nya studenter och anställda kommer att kräva bostäder och öka trafiken i området.

Strategiska synergier mellan vetenskap och näringsliv i Space Valley

Förutom strategiska synergier med nystartade företag samarbetar fakulteten för flygteknik, rymdteknik och geodesi redan med bland annat Airbus, universitetet för de tyska väpnade styrkorna, Munich Aerospace, German Aerospace Centre, Industrieanlagen-Betriebsgesellschaft mbH och MTU Aero Engines AG.

Allianser skapas också inom Münchens universitet mellan TU München, Münchens skola för robotik och maskinintelligens (MSRM) och Münchens centrum för teknik i samhället (MCTS) inom flyg- och rymdforskning.

Rymddalens uppdrag

Rymddalens ursprungliga uppdrag är inte att undersöka andra planeter utan att utforska jorden. Ett av de viktigaste målen är att skaffa sig kunskap om vårt klimat. På lång sikt ska ny teknik utvecklas i Bavaria Space Valley som kommer att berika livet på jorden.

Forskningsområden och pågående projekt i Space Valley

Space Valley fokuserar på forskningsområden som jordobservation, kommunikations- och satellitteknik, fjärranalys och forskning om obemannade flygfarkoster.

Under de senaste åren har TU München deltagit flera gånger i Elon Musks ”SpaceX Hyperloop Pod Competition” och vunnit fyra gånger i rad. Under processen byggde studentteamet från TU München en prototyp av en Hyperloop-kapsel och satte ett hastighetsrekord på 482 km/h i processen. Hyperloop beskriver ett höghastighetståg som färdas genom ett rör med nästan ljudets hastighet i ett delvis vakuum och anses vara framtidens transportsystem. Med en Hyperloop-infrastruktur skulle man kunna resa från München till Berlin på 40 minuter. Nu startar fakulteten för flygteknik, rymdteknik och geodesi sitt eget Hyperloop-forskningsprogram och planerar att installera ett teströr vid Taufkirchen/Ottobrunn.

Dessutom undersöker studenter i det tvärvetenskapliga MOVE-III-projektet vid TU München rymdskrot och små meteoritpartiklar för att bättre förstå vår jordmiljö. Ett annat projekt handlar om aeroelastiska vingar för flygplan för att göra flygningen effektivare och därmed billigare och mer miljövänlig i framtiden. Ett nystartat företag i Space Valley arbetar för närvarande med att utveckla ett system för tidig varning med nanosatelliter för att kunna upptäcka skogsbränder tidigare från rymden.

Den globala rymdindustrin är värd sammanlagt 400 miljarder dollar och kommer att fortsätta att växa och få allt större betydelse under de kommande årtiondena. Space Valley i Bayern erbjuder möjligheten att ligga i framkant på denna dynamiska framtidsmarknad.

Photo by NASA on Unsplash

På grund av den ständigt ökande digitaliseringen är tekniken och ekonomin beroende av ständiga framsteg. Ett av de viktigaste områdena är datorprestanda. En stark datorprestanda möjliggör bättre autonom körning, mobila enheter och framsteg inom artificiell intelligens. Utmaningen när det gäller förbättring är att placera allt fler transistorer på små chips.

Hur den innovativa tekniken fungerar

Det finns för närvarande 10 miljarder transistorer på små mikrochips i smartphones. Dessa har redan en miljon gånger större beräkningskraft än den dator som användes för att landa på månen 1969. I början av 1970-talet innehöll mikrochips av samma storlek cirka 2 000 transistorer. Gordon Moore, medgrundare av Intel, förutspådde 1965 att antalet transistorer i chip skulle fördubblas vartannat år. Under de följande decennierna visade det sig att han hade rätt. Denna lag blev känd som ”Moores lag”. Men de steg som leder till förbättringar blir efter en viss tid alltmer komplicerade i exponentiella steg.

Mikrochips har tillverkats i 40 år med hjälp av optisk litografiteknik. Strukturer av elektroniska komponenter överförs från en mask till en kiselskiva. Processen upprepas cirka 100 gånger med olika masker. Resultatet är en tredimensionell struktur av ledare och transistorer. En skarp bild av små strukturer är beroende av små våglängder och stora öppningsvinklar i optiken.

Under de senaste åren har denna process nått sina gränser på grund av de ökande kraven från teknik och näringsliv. EUV-litografi erbjuder nya möjligheter och kan tänja på dessa gränser, vilket är särskilt intressant för de största elföretagen i Tyskland. Enkelt uttryckt består ett EUV-litografisystem av tre viktiga komponenter: En strålningskälla med restskydd och en kollektor, en skiva med fotoresist och en avbildningsoptik och mask. Den nya processen använder andra våglängder och fokuserar på starkt ultraviolett ljus som strålningskälla. Ultraviolett ljus har en mycket kort våglängd. Dessutom gör orienteringen mot sofistikerad optik och spegelsystem det möjligt att återge små strukturer. Kollektorn fungerar som en optik som samlar in strålningen så att den kan utnyttjas för exponeringsprocessen. Strålningen reflekteras sedan mot litografisystemet. Ett ASLM-system exponerar mer än 170 wafers per timme. Lacket struktureras exakt med hjälp av en optisk mask på wafers. Detta gör det möjligt att skapa de finaste strukturerna med sju nanometer. Följande jämförelse illustrerar detta: det konventionella systemet arbetade med ljusbågar på 193 nanometer, medan EUV-litografi arbetar i intervallet 13,5 nanometer. EUV-litografi producerar mikrochips som innehåller tio miljarder transistorer men som bara är lika stora som en fingernagel.

Tekniken är inte bara framtidsorienterad och utrymmesbesparande utan också energieffektiv. Jämfört med den äldre tekniken med en våglängd på 193 nanometer kräver den nya processen 50 procent mindre energi. Effektiviteten i fråga om utrymmesanvändning har förbättrats med 40 procent.

Tillämpningsområden och exempel på EUV-litografi

Den ständiga utvecklingen av datorprestanda kan garantera att allt mindre och snabbare kretsar tillverkas. Särskilt sektorer som ekonomin gynnas av effektivare tillverkningsprocesser.

I vägtrafiken kan det snabbt uppstå oförutsägbara och farliga situationer. På lång sikt är autonom körning en möjlighet att förbättra säkerheten. Här är det viktigt att programvaran inte bara kan bromsa och styra automatiskt. Programmen måste kunna bedöma situationer självständigt för att kunna agera förutseende och känna igen potentiella faror. Denna typ av autonom körning är ännu inte standard i dagens vägtrafik. EUV-teknik är dock ett lovande sätt att permanent förverkliga och förbättra sådana projekt. Viktigt för automatiserad körning är kameror och sensorer som hjälper till att utvärdera situationer. Miljön registreras och analyseras i detalj. Ny information jämförs med en lagrad databas för att beräkna ett lämpligt svar. Förbättrade mikrochips kan skapa allt större databaser och bearbeta den stora mängden information snabbt. Detta förbättrar reaktionshastigheten och precisionen.

EUV-laser möjliggör moderna smartphones och alla specialfunktioner som de innehåller. Mobiltelefoner har blivit allt säkrare mot stöld i och med införandet av ansiktsigenkänning. Olika särskilda egenskaper hos ansiktet överförs från frontkameran till smarttelefonen, t.ex. avståndet från det ena ögat till det andra. Det inbyggda programmet jämför de mottagna uppgifterna med den lagrade informationen och låser upp mobiltelefonen om ägaren kan identifieras. Det faktum att chipen har blivit allt mer kraftfulla under de senaste åren har bidragit till att ansiktsigenkänningen har förbättrats avsevärt. Liknande program används till exempel på flygplatser.

Inom olika tjänstesektorer används röstassistenter och chatbots för att förenkla arbetet. Dessa artificiella intelligenser används till exempel inom kundtjänsten. Programmen erbjuds på webbplatser och kan svara på konsumenternas frågor. Om programvaran inte kan hitta ett lämpligt svar i databasen behövs riktiga medarbetare. EUV-teknik möjliggör förbättrade chatbots och AI. Genom förbättringar kan programmen känna igen och korrekt tolka eventuella tvetydiga ord. Även felstavade ord kan kännas igen och matchas korrekt. Ökad datorkraft möjliggör allt större databaser som AI kan använda för att uppnå bättre resultat.

Tilldelas det tyska framtidspriset

Den 25 november 2020 tillkännagavs vinnarna av Deutscher Zukunftspreis 2020 i Berlin. Vid en officiell ceremoni hedrades vinnarna i projektet ”EUV Lithography – New Light for the Digital Age” av förbundspresident Frank-Walter Steinmeier. Expertgruppen under ledning av Peter Kürz, Michael Kösters och Sergiy Yulin tilldelades priset inom teknik och innovation.

Det tyska framtidspriset, ett av de viktigaste vetenskapliga priserna i Tyskland, har delats ut sedan 1997. Fokus ligger på att hedra produkter som är redo att användas inom teknik, ingenjörskonst och naturvetenskap. När juryn delar ut priset fokuserar den också på de innovativa projektens sociala och ekonomiska potential. Endast tre lag och deras innovationer väljs ut varje år.

Photo by Artem Bryzgalov on Unsplash

Vår värld i dag domineras av elektroteknik och digitalisering. Utvecklingen av elektroniska apparater ökar kraftigt. För 25 år sedan var det få som hade en mobiltelefon, men i dag har nästan alla en högteknologisk dator i fickan. Denna kraftigt ökande utvecklingstrend ger ständigt upphov till nya innovationer och tekniska framsteg. Eftersom varje tyskt hushåll är utrustat med i genomsnitt fem till tio elektroniska skärmar är det inte förvånande att forskningen även fortsätter inom bildskärmsteknik och att många intressanta koncept utvecklas och görs säljbara. Förutom konventionella LED/LCD-skärmar eller skärmar med TN-teknik finns det sedan en tid tillbaka även e-inkskärmar, dvs. skärmar med ”elektroniskt bläck”. De kallas också e-inkfilm eller e-papper. Vad som ligger bakom detta och hur tekniken fungerar exakt diskuteras i följande artikel.

Hur fungerar E-Ink Film?

Displaytekniken E-Ink Film har funnits på marknaden under en längre tid och får allt fler användningsområden tack vare sin speciella teknik. Tekniken har fått sitt namn eftersom den visuellt påminner om bläck på papper. De vanligaste skärmarna hittills, t.ex. LED/LCD- eller TN-skärmar, bygger på idén att ytan består av många enskilda pixlar som var och en kan visa en enda färg.
E-ink-film bygger dock på ett avancerat system med ett intressant kemiskt koncept. E-Ink-skärmen består av ett lager med otaliga och små kapslar. Varje enskild kapsel är fylld med partiklar. I svartvita skärmar eller gråskalor fylls dessa kapslar endast med svarta och vita partiklar. För färgade bildskärmsytor fylls kapslarna vanligtvis med partiklar i färgerna magenta, gul, cyan (turkos) och vit. Partiklarna flyter i en klar vätska. Kapslarna är anslutna till genomskinliga elektroder på fram- och baksidan. Dessa enskilda partiklar är justerade så att de kan förflyttas med hjälp av elektrisk laddning. I denna process har varje färg en annan inställning och sekvenserna av färgpartiklar kan ändras med hjälp av elektroniska impulser.

Exempel:

I en gråskalevisning är partiklarna inställda så att de svarta partiklarna stiger när det finns en negativ laddning och de vita partiklarna stiger när det finns en positiv laddning. Varje område på displayen kan få olika avgifter. Om ytan är helt vit får varje kapsel en positiv laddning. Om ett område ska visa en svart prick får just detta område en negativ laddning och blir svart.
För e-inkfilmer med färgade skärmar fungerar konceptet på samma sätt, förutom att arrangemanget av de enskilda färgpartiklarna kräver flera laddningstillstånd.

Fördelarna med e-ink-film: energiförbrukning

Denna typ av visningsteknik har många fördelar jämfört med traditionella metoder. Konceptet att visa e-inkfolier förbrukar mycket mindre energi. Detta beror på att en e-ink-skärm endast behöver ström när en förändring av färgarrangemanget initieras. Konventionella LED-skärmar använder färgat ljus överallt. Därför har mobila enheter med E-Ink-film också en orimligt lång batteritid. Denna egenskap innebär att det finns väggmålningar med e-ink-teknik som inte förbrukar någon ström alls så länge bilden som visas på väggen inte ändras.

Fördelarna med E-ink-film: Ögonvänlighet

Dessutom har e-inkskärmar stora fördelar jämfört med konventionell skärmteknik när det gäller samspelet med det mänskliga ögat. E-inkskärmar är mycket lättare för ögonen. Detta beror på att skärmen inte flimrar, vilket är vanligt med annan bildskärmsteknik. Genom att reproducera färgen utan ljus möjliggör de olika kapslarna en statisk bild som har en liknande effekt på det mänskliga ögat som en bild på väggen eller ett skrivet pappersark. Detta är naturligtvis en fördel för alla användare, men särskilt för personer med nedsatt syn är dessa skärmar en avsevärd förbättring.

Det är också allmänt känt att LCD-skärmar är bländande i solljus. I vissa fall är det helt enkelt omöjligt att arbeta i solen. När en enhet med e-ink-teknik används i solljus blir läsbarheten oändligt mycket bättre.

Användningsområden: E-bokläsare, information, arbete, bilar.

Dessa särskilda egenskaper och fördelar med e-inktekniken har revolutionerat vissa marknader och skapat nya marknader. I princip är användningsområdena för e-ink-filmer obegränsade, men tekniken vinner mark inom vissa områden.
Särskilt marknaden för e-bokläsare har revolutionerats av e-ink. Det fanns redan e-bokläsare innan e-inkfilmen introducerades. Dessa var dock utrustade med LCD-teknik och kunde knappast åstadkomma några betydande genombrott. Det var inte förrän i mitten av 2010-talet, efter introduktionen av e-ink-filmen, som flera nya e-bokläsare dök upp på marknaden. Anledningen till detta var att den nya tekniken kunde få nackdelarna med de tidigare läsarna att i stort sett försvinna och att konceptet med e-boksläsare återigen blev intressant för slutkonsumenten.Många skärmar drivs även i dag fortfarande med konventionell skärmteknik. Det kan vara reklamtavlor i städer eller informationstavlor på flygplatser. Den besparing av elkraft som uppnås genom att konvertera tekniken till e-inkfilm kan också revolutionera marknaden.Dessutom kan enheter med e-inkteknik också användas utmärkt för arbete utöver läsning. Även här ligger fokus på fördelarna med e-inkfolie. Tack vare den ögonvänliga skärmen kan man arbeta under en längre tid utan att ögonen blir trötta eller ansträngda.Sist men inte minst används E-Ink Film också mer och mer inom design. Biltillverkaren BMW presenterade en ny modell av BMW iX på CES (Consumer Electronic Show) i Las Vegas i januari 2022. BMW iX Flow har nämligen en speciell funktion. Den kan ändra färgen på den yttre huden. Dessutom kan du skapa färggradienter och mönster. BMW har därmed lyckats skapa en innovation för lyxbilar som sätter nya standarder för design. Här används också e-inkfolie. Hela kroppen är täckt av den. Detta gör det möjligt att ändra bilens färg med en knapptryckning.

Historien om E-Ink Film

E-ink har blivit det populära namnet för denna teknik. Bakom namnet döljer sig dock det företag som utvecklade filmen. E-Ink Corporation grundades 1997 av några forskare efter att tekniken utvecklats av några forskare vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) 1996. Med denna patenterade teknik kunde E-Ink Corporation ta sig in på marknaden genom boomen för e-bokläsare 2006 och blev till och med invald i Hall of Fame för nationella uppfinnare i USA 2016. Sedan dess har E-Ink förbättrat och reviderat sin teknik många gånger. E-ink används nu även i enheter som surfplattor, bärbara datorer och smartphones.

Datacenter är namnet på en anläggning som ger gemensam tillgång till data och program via en komplex struktur för datorer, lagring och nätverk. För att säkerställa att data är säkra och mycket tillgängliga finns det branschstandarder som också är till hjälp vid planering och underhåll av datacenter.

Vad är ett datacenter?

I en eller annan form har datacenter, även kallade datacenter, funnits med sedan datorernas tillkomst. På den tiden då det fanns stora giganter i rumsstorlek kunde ett datacenter bestå av en superdator. I takt med att utrustningen blev mindre och billigare och kraven ökade började fler och fler leverantörer att koppla ihop flera servrar i nätverk. Detta ökade processorkraften avsevärt.

I dag är dessa servrar anslutna till kommunikationsnätverk så att människor kan få fjärråtkomst till den information som lagras där. I ett rum, en byggnad eller flera byggnader finns ofta flera klustrade servrar med tillhörande infrastruktur. Moderna datacenter har hundratals eller tusentals servrar som körs dygnet runt. Därför är Europas största investerare i datacenter också mycket intresserade av tekniken.

På grund av den höga koncentrationen av servrar i rader kallas dessa datacenter också för serverfarmar. Datacenter erbjuder viktiga tjänster som t.ex:

+ Datalagring
+ Säkerhetskopiering och återställning
+ nätverksarbete
+ Datahantering
+ Nätverkstjänster

Datacenter lagrar och levererar hela webbplatser. Servrar tillhandahåller tjänster som e-handel, molnlagring, e-post, Instand-meddelanden, onlinespel, finansiella tjänster och andra tillämpningar.

Så gott som alla företag, organisationer, myndigheter och vetenskapliga forskningsinstitut behöver antingen ett eget datacenter eller måste förlita sig på en tredjepartsleverantörs tjänster. Vissa använder sin egen byggnad för detta ändamål eller använder offentliga molnbaserade tjänster, t.ex. de som erbjuds av Amazon, Google eller Microsoft. Stora företags datacenter är ofta utspridda över hela världen för att garantera ständig tillgång till data.

Varför vi behöver datacenter

Även om datorhårdvaran blir allt mindre och allt kraftfullare fortsätter behovet av datorkraft och datalagring att öka. Alla företag, myndigheter, forskningsinstitut, sociala nätverk och organisationer över en viss storlek behöver enorm datorkraft. Brist på snabba och tillförlitliga data kan leda till att viktiga tjänster inte kan tillhandahållas och till att kunderna blir mindre nöjda och att intäkterna minskar.

Alla dessa uppgifter måste lagras någonstans. Därför flyttas allt mer data till molnet så att de inte behöver lagras på arbetsdatorer. Dessa data nås sedan via värdservrar, vilket är anledningen till att många företag också flyttar sina professionella tillämpningar till molnet. Detta minskar i sin tur kostnaderna för att driva egna servrar och nätverk.

Typer av datacenter

Datacenter varierar i storlek. De varierar från små serverrum till centra som är geografiskt spridda över hela världen. Moderna datacenter har utvecklats från en lokal infrastruktur. Idag är lokala system anslutna till molninfrastrukturer där nätverk, tillämpningar och arbetsbelastningar virtualiseras i flera privata och offentliga moln. Man skiljer mellan följande typer av datacenter:

+ Samlokaliserade datacenter – utrymme och resurser tillhandahålls av en leverantör till en kund. Administrationen är kundens ansvar.

+ Företagens datacenter – Dessa datacenter används av enskilda företag för interna ändamål.

+ Datacenter med hanterade tjänster – Här utförs tjänster som datalagring, databehandling och andra tjänster direkt åt kunden.

+ Molndatacenter – Dessa centra är globalt distribuerade och erbjuds ofta till kunden med hjälp av en extern leverantör av hanterade tjänster.

Skalning och utformning

När vi tänker på ett datacenter föreställer vi oss ofta enorma hallar fulla av serverhyllor som blinkar iväg. Miljontals kablar ansluter servrarna till routrar, switchar och annan utrustning. Datacenter finns dock i alla storlekar och konfigurationer. De varierar från några få servrar i ett rum till tiotusentals servrar i enorma hallar. Vissa är så stora att personalen måste förflytta sig på cyklar eller elscootrar.

Konfigurationen av servrar, nätverkstopologi och stödjande infrastruktur kan variera kraftigt beroende på företag, syfte, plats, tillväxttakt och ursprunglig utformning av datacentret. Layouten av ett datacenter kan i hög grad påverka effektiviteten i dataflödet och miljöförhållandena i centret. Vissa webbplatser kan gruppera sina servrar efter funktion, t.ex. webbservrar, databasservrar eller applikationsservrar och databasservrar. I andra fall kan varje server utföra flera uppgifter. Det finns inga fastställda regler eller standarder för detta.

Hur datacenter fungerar

En grundläggande fysisk enhet i datacenter är servrar som är anslutna till kluster. Ofta är de av samma typ, så att de kan staplas i öppna eller slutna skåp. Ibland finns det dock olika typer, storlekar eller åldrar på servrarna. Det finns till exempel moderna, platta servrar vid sidan av gamla Unix-datorer och enorma stordatorer.

Varje server är en högpresterande dator med minne, lagringsutrymme, en eller flera processorer och in/utgångskapacitet. Ungefär som en persondator, men med en snabbare och kraftfullare processor och mycket mer minne. Monitorer, tangentbord och andra kringutrustning är placerade på en central plats eller i ett separat kontrollrum där enheterna övervakas.

Nätverk, programvara och infrastruktur

Nätverks- och kommunikationsenheter är nödvändiga i ett datacenter för att upprätthålla ett nätverk med hög bandbredd för kommunikation med omvärlden och mellan servrar och andra enheter i datacentret. Detta omfattar komponenter som routrar, switchar, servrarnas nätverksgränssnittsstyrenheter (NIC) och eventuellt flera kilometer kabel. Kablage finns i olika former, bland annat tvinnade par (koppar), koaxialkabel (också koppar) och fiber (glas eller plast). Kabeltyperna och deras olika undertyper påverkar hastigheten på informationsflödet i datacentret.

Annan viktig utrustning för datacenter är lagringsenheter (t.ex. hårddiskar, SSD-enheter och robotbandstationer), UPS-enheter (UPS: uninterruptible power supply), reservbatterier, reservgeneratorer och andra strömförsörjningsrelaterade enheter.

Och naturligtvis behövs programvara för att driva all denna hårdvara, inklusive de olika operativsystemen och programmen som körs på servrarna, klusterramprogramvara som Googles MapReduce eller Hadoop för att fördela arbetet på hundratals eller fler maskiner, Internet socket-program för att styra nätverken, systemövervakningsprogram och virtualiseringsprogramvara som VMware för att minska antalet fysiska servrar.

Virtuella datacenter

Ett virtuellt datacenter erbjuder samma möjligheter som ett traditionellt datacenter, men använder molnbaserade resurser i stället för fysiska resurser. Det ger en organisation möjlighet att tillhandahålla ytterligare infrastrukturresurser efter behov utan att behöva köpa, distribuera, konfigurera och underhålla fysiska apparater. På så sätt kan företagen dra nytta av molndatans flexibilitet, skalbarhet och kostnadsbesparingar.

Säkerhet i datacenter

Förutom de säkerhetssystem som stöder ett datacenter kräver kommunikationsnät en grundlig analys av nolltillit. Brandväggar för datacenter, kontroll av dataåtkomst, IPS, WAF och deras moderna motsvarighet Web Application & API Protection (WAAP)-system måste specificeras på rätt sätt för att säkerställa att de kan skalas efter behov för att uppfylla kraven för datacenternätverk.

Varför datacenter blir relevanta

Datacenter är ryggraden i modern databehandling. De är den livlina som håller vår digitala värld igång. Datacenter är mycket säkrare än att lagra data på traditionell hårdvara. Virtuella datacenter i molnet erbjuder bättre säkerhetsskydd genom effektiva brandväggar och liknande anordningar, förutom säkerhetskopieringstjänster.

Språkmodeller som lär sig med hjälp av artificiell intelligens (AI) är det som gäller i dag. Vanligtvis går dessa språkmodellers prestanda och kvalitet hand i hand med deras storlek. Ju större modell, desto bättre prestanda. Större modeller är dock mer ogenomskinliga. Etiker ser kritiskt på detta, eftersom modellerna blir alltmer ogenomskinliga med ökande modellstorlek och det blir allt svårare att upptäcka fel. Detta leder till betydande etiska problem. Gopher är en relativt liten språkmodell som kan söka information i en databas och hämta information därifrån. Gopher har tränats att vara vänlig och föra en dialog på samma sätt som människor. Användarna kan ställa konkreta frågor till Gopher och få konkreta svar som består av information från databasen. Detta gör att Gopher, trots sin mindre storlek, kan hålla jämna steg med de stora modellerna på marknaden samtidigt som den är flexibel. Gophers kunskaper kan också uppdateras genom att databasen uppdateras utan att Gopher behöver utbildas på nytt.

Deepmind, som utvecklar Gopher, är inte okänt i detta sammanhang. Företaget grundades 2010 och köptes 2014 av Googles moderbolag Alphabet. Företaget, som har sitt huvudkontor i London, har ytterligare centra i Kanada, Frankrike och USA. Med Gopher har Deepmind satt en ny milstolpe på området för språkmodeller.

Med 280 miljarder parametrar är Gopher inte den största språkmodellen, men den har en enorm potential genom sin koppling till databasen. I Deepminds publikation, som är över 118 sidor lång, förklarar företaget allt som är värt att veta om språkmodellen och ger exempel på konversationer som beskriver interaktionen mellan Gopher och användaren. Användarna kan ställa frågor till språkmodellen om vilket ämne som helst. Det spelar ingen roll om användarna vill veta mer om dinosaurier, relativitetsteorin eller Tjeckiens huvudstad. Gopher har ett svar på varje fråga.

Gopher, liksom alla större språkmodeller, är en transformator. Detta innebär att Gopher lär sig själv (maskininlärning) och översätter en sekvens av tecken till en annan sekvens av tecken. Modellen tränas att göra detta med hjälp av exempeluppgifter och lär sig på så sätt hur den ska fungera. Gopher tränades för 300 miljarder tecken, men kan använda sig av mycket större mängder kunskap tack vare databasen. Totalt omfattar datamängden 2,3 biljoner tecken och är därmed många gånger större än den datamängd som användes för att träna Gopher.

Gopher kan användas på olika områden och testades och jämfördes av Deepmind i 152 uppgifter efter att det hade utvecklats. Uppgifterna sträckte sig från faktagranskning till språkmodellering och svar på olika frågor från användarna. I ungefär 80 procent av uppgifterna kunde Gopher vinna över de konkurrerande språkmodellerna, däribland den välkända GPT-3-modellen.

Deepmind-modellen var bäst, särskilt när det gäller konversation, där den visade en hög grad av konsekvens. Naturlig konversation är ofta ett problem med språkmodeller som bygger på artificiell intelligens. Även om modellerna kan bilda enskilda, grammatiskt korrekta meningar har de svårt att skapa ett sammanhang över ett helt avsnitt eller en hel text. Detta är dock viktigt för en flytande konversation och är en av de största utmaningarna i utvecklingen av artificiella språkmodeller.

En anledning till Gophers goda prestanda är anslutningen till databasen. Här används Gophers databas som ett slags fusklapp eller uppslagsbok. Denna databas används av Gopher för att söka efter passager med liknande språk, vilket ökar modellens förutsägbarhet och noggrannhet. Deepmind kallar modellens teknik för ”Retro” (Retrieval-Enhanced Transformer). Översatt till tyska betyder det ungefär som en transformator som utökats med uppslagsfunktioner. Tack vare denna teknik kan Gopher konkurrera med språkmodeller som är 25 gånger större.

Även om Gopher är övertygande på många områden och lämnar sina konkurrenter bakom sig, måste denna AI, precis som andra språkmodeller, kämpa med liknande etiska frågor. På grund av kopplingen till databasen ska Gopher dock utvärderas annorlunda ur etisk synvinkel än jämförbara språkmodeller utan databas. Gopher gör det tydligt vilka delar av databasen som användes för förutsägelserna. Detta kan hjälpa till att förklara resultaten och leder samtidigt till att Gopher inte är en ren svart låda. Dessutom kan snedvridande påverkan (bias) ändras direkt i databasen och därmed elimineras.

Det faktum att språkmodellen, även om den var ganska liten, oftast överträffade sina konkurrenter i testerna väcker frågan om hur bra stora språkmodeller med en anslutning till en databas kan vara. Dessa finns dock inte på marknaden för närvarande och skulle behöva testas ur etisk synvinkel, utöver utvecklingen.

För närvarande är dock Gopher den mest effektiva språkmodellen, enligt uppgifterna från Deepmind, som kan lära sig genom förändringar i databasen utan att behöva omläras helt och hållet.

Trä som byggnadsmaterial har använts av människor för att bygga hus sedan tidernas begynnelse. Trä är lätt att arbeta med och lever med sina förutsättningar. Trähus har en ojämförlig charm och är eftertraktade bostadsfastigheter. Ren timmerkonstruktion är dock begränsad i sina tillåtna dimensioner, upp till fem våningar är tillåtna. Allt som är högre blir problematiskt för timmerkonstruktioner. Orsakerna till detta ligger i brandskyddsbestämmelserna och i statiken. Sedan 2008 finns det dock en intelligent och innovativ lösning för nya byggnader med sex eller fler våningar. Hybridkonstruktionen kombinerar trä med olika material som stål, betong, aluminium och gipsfiberskivor. Länge leve ”samarbete”, även mellan material!

Goda skäl för materialmixen

Det juridiska godkännandet av en byggnad är dock inte det enda skälet till att man föredrar en hybridbyggnadsmetod. Det är de ekonomiska fördelarna vid byggandet av huset som övertygar byggare och arkitekter. Trä är ett populärt byggmaterial som är mycket lätt att arbeta med. I kombination med armerad betong kan den bli ännu mer bärande. Byggnadsingenjören rekommenderar fortfarande betong för tak och grund, men i framtiden kan han i allt högre grad använda sig av materialblandningar, eftersom de tekniska framstegen inom utvecklingen av prefabricerade träelement gör det möjligt att bygga nytt. Men det är inte bara blandningen av trä och betong som har gett upphov till de ultramoderna byggnaderna under de senaste åren; den innovativa produktionen inom träförädlingsindustrin bidrar också till att göra träet stabilt på höjder. Materialet har sedan namn som korslimmat virke eller massivt konstruktionsvirke. Den kännetecknas av särskilda materialegenskaper. En annan fördel med den kombinerade byggmetoden är tidsfaktorn. Byggfasen förkortas genom prefabricering. Det måste dock noteras att planeringsgruppen behöver mer tid i förväg. I vilket fall som helst är hybridbyggande med trä miljömedvetet. Användningen av detta material sparar sand som en värdefull råvara. När det gäller de nödvändiga ljudisoleringsvärdena och precisionen i tillverkningen av vissa komponenter är hybridbyggmetoden med trä även fördelaktig. Det har redan visat sig att utsläppen av växthusgaser minskar. Slutligen bör man nämna inomhusklimatet och trivselaspekten, som är viktiga kriterier för de boende.

Levande exempel

Byggmetoden med hybridträ har nu ett stort antal levande exempel. De finns över hela världen. I Wien till exempel är 24 våningar höga, dvs. knappt 85 meter, och i Norge är de en och en halv meter högre än i Wien, och detta anses också vara världens högsta hybridbyggnad i trä. Den öppnades 2019. Samma år färdigställdes bostadshusen i Berlin-Adlershof. Tre år tidigare fanns det redan ett lyckat projekt i Kanada, ett studentboende av träelement, och 2021 står Pforzheim med sina stolta 45 meter. Hybridkonstruktionen i trä är inte bara ett innovativt alternativ till konventionella stilar, utan den påminner också om ett naturligt sätt att leva och ger de boende en positiv känsla inför framtiden, eftersom hållbar förvaltning tillämpas och samvetet är i harmoni med upplevelsen. Att bo i trä motsvarar den miljömedvetne medborgarens idéer, eftersom detta byggnadsmaterial förbrukar mycket mindre energi än stål för sin produktion. Därför tittar många projektutvecklare i Tyskland på denna nya typ av boendekoncept.

Blandning – men hur?

Trä används vanligtvis för byggnadsskalet, betong ger stabilitet åt taken och hisschaktet. I vissa projekt används också tak av trä-betongkompositmaterial. De bärande trädelarna är förstärkta med stål eller klädda med gipsfiberskivor. Ibland stöds fasaden av stenull och trappan av armerad betong. Betong används också för de tekniska ledningarna och hela försörjningskärnan, vilket gör detta känsliga område brandsäkert. Källaren och garaget består till största delen av betong. Eftersom fasaden är klädd i trä får betraktaren ett intryck av att det rör sig om ett renodlat trähus. Även interiörerna påminner om ren träkonstruktion. Vilket byggmaterial som används var i en byggnad är inte fastställt i bygglagen, utan det är upp till arkitektens expertis och byggarens fantasi och plånbok.

Ekonomiskt – men varför?

Koldioxid sparas i tonvis, dels under produktionen, dels eftersom träet i sig självt lagrar koldioxid. Kostnadsbesparingar genom exakt förkonstruktion, förbättrad luftkonditioneringsteknik och snabb produktion gör denna byggmetod lovande för framtiden. En förkortad byggfas innebär en lättnad för alla inblandade. Ett antal byggnader som byggs med hybridkonstruktionsmetoder i trä räknas som energieffektiva hus och kan vara berättigade till bankstöd. Att bygga med trä och betong eller aluminium har också en annan positiv effekt. Eftersom det blir mindre damm och buller under byggfasen blir denna byggmetod allt mer populär. Träets låga egenvikt innebär att det inte längre behövs många tunga maskiner, och flexibiliteten i dess sätt att arbeta gör det möjligt att ändra planer och konstruktioner. Tak av trä-betongkompositmaterial kan till exempel demonteras. Besparingar genom timmerramskonstruktioner leder till en större bruttoyta, vilket ofta innebär en lägenhet till. Och de lägenheter som skapas genom hybridbyggande i trä förblir överkomliga för alla invånare.