Optiskās šķiedras formas inovācija: ceļā uz mazāku latentumu un lielāku blīvumu

Mūsdienu optiskās šķiedras vide jau ir ievērojams sasniegums inženierzinātnēs. Iedomājieties, viena -šķiedras optiskā šķiedra, kas tika novietota Klusā okeāna dibenā pirms vairāk nekā 20 gadiem, tagad var pārvadāt 1,2 Tb/s satiksmes ātrumu, savukārt īsākas līnijas var pārvadāt pat 1,6 Tbps. Šķiedra-uz-mājas pakalpojumam, kas šī gadsimta sākumā tika izveidota ar ātrumu aptuveni 100 Mb/s, tagad tiek jaunināta uz 25G un 50G pasīvajiem optiskajiem tīkliem, un nākamajā jaunināšanas ciklā tā atbalstīs 200 G PON. Optiskās šķiedras nepārtraukti nodrošina lielāku ātrumu par zemākām izmaksām, mazāku latentumu un ļoti uzticamu, izturīgu un drošu.

 

CableLabs uzskata, ka pašlaik "zemē izvietotās" optiskās šķiedras kaut kad nākotnē varētu atbalstīt ātrumu līdz 50 000 Gbps, taču mūsdienās liels skaits lietotāju jau cer paaugstināt optisko šķiedru lietderību, blīvumu un veiktspēju jaunos augstumos.

 

Mazāka izmēra -optiskās šķiedras iespējas

 

Pašlaik ir vairāki veidi, kā uzlabot optisko šķiedru tehnoloģiju, kas klusi virzās uz priekšu. Viens no ceļiem ir samazināt optisko šķiedru fizisko izmēru. Tradicionālās viena -moda optiskās šķiedras diametrs ir 242 mikrometri, kas jau ir ļoti mazs. Turpretim cilvēka matu diametrs ir aptuveni 50 līdz 100 mikrometri.

 

Mūsdienās tādi uzņēmumi kā Corning jau spēj nodrošināt vienas{0}}šķiedras optiskās šķiedras ar diametru 200 mikrometri. Šī nelielā izmaiņa ātri var būtiski ietekmēt. Mazāks izmērs vienmēr ir labāks, jo tas ļauj uzstādītājiem izvietot vairāk optisko šķiedru vairākās vietās, palielināt optisko šķiedru skaitu saspringtos cauruļvados, samazināt gaisa izvietošanas slogu un atvieglot jau tā piesardzīgo optisko šķiedru izvietošanu birojos un daudzās{5}}mājsaimniecībās.

 

Vieta, kur patiesi spīd mazāka diametra optiskās šķiedras, atrodas AI datu centros. Augsta-blīvuma skaitļošana, kas nepieciešama, lai izveidotu nākamās paaudzes AI, katru kubikcollu vietas padara vērtīgu, jo plauktiem, serveriem un arvien lielākam skaitam atsevišķu mikroshēmu ir nepieciešami savi saziņas kanāli.

 

Vienīgais maza{0}}diametra optisko šķiedru trūkums ir tas, ka tās ir jāsavieno ar esošajām liela{1} diametra optiskajām šķiedrām. Tam nepieciešami daži specializēti rīki, un optisko šķiedru tehniķiem ir jāsaņem atbilstoša ekspluatācijas apmācība, taču tas nav liels izaicinājums.

 

Dobu optisko šķiedru un{0}}daudzkodolu optisko šķiedru pieaugums

 

Dobu kodolu šķiedra (HCF) ir nākamais lielākais sasniegums šķiedru vidē, virzot lāzerus caur gaisu vai vakuumu, nevis stiklu. Īsāk sakot, gaismas pārraides ātrums stiklā ir lēnāks nekā dobās caurulēs (viļņvados), un stikls arī ierobežo datu pārraidei pieejamo optisko frekvenču skaitu. Ja vienmoda optiskās šķiedras salīdzina ar standarta lielceļiem, tad dobās-kodola optiskās šķiedras ir kā lielceļi. Tie var samazināt latentumu, palielināt pašreizējo pārraides attālumu un var vēl vairāk palielināt ātrumu nākotnē.

Izmantojot dobās optiskās šķiedras, pārraides ātrumu var palielināt par 47% un latentumu samazināt par 33%. Turklāt mazāks signāla zudums nozīmē, ka jebkurā noteiktā attālumā ir nepieciešams mazāk retranslatoru, kas nozīmē mazāku enerģijas patēriņu. Pēdējo piecu gadu laikā ir saražots un ieviests sākotnējais HCF daudzums, lai samazinātu latentumu starp tuv{4}}attāluma birojiem vai datu centriem. Tikmēr ražotāji ir nepārtraukti uzlabojuši šo datu nesēju, lai uzlabotu tā zudumu īpašības, liekot tai sasniegt vai pārsniegt tradicionālo optisko šķiedru līmeni.

 

2022. gadā Microsoft iegādājās dobo-kodolšķiedru ražotāju Lumenisity. Pēc tam uzņēmums Apvienotajā Karalistē sāka ražot dobās-kodolšķiedras un veicināja turpmākus pētījumus par HCF. Pagājušajā gadā uzņēmums paziņoja, ka divu gadu laikā savā Azure datu centru tīklā izvietos 15 000 kilometru dobās šķiedras, lai atbalstītu mākslīgā intelekta savienojuma prasības. Šogad Microsoft paziņoja, ka ir veiksmīgi izstrādājis dobās{8}}kodolu optiskās šķiedras ar labākiem zudumu parametriem nekā tradicionālās optiskās šķiedras, kas faktiski paver durvis liela mēroga-ražošanai.

 

Bet tas neapstājās. 2025. gada septembra beigās Microsoft paziņoja, ka sadarbojas ar Corning un Heraeus Covantics, lai izveidotu papildu "dobu šķiedru rūpnieciska mēroga{2}ražošanu", lai apmierinātu pieprasījumu pēc šī materiāla savos datu centros. Mēs varam sagaidīt, ka citi optisko šķiedru ražotāji sāks palielināt savu dobo-kodolu optisko šķiedru ražošanu un veicinās šīs informācijas nesēja izmantošanu datu centros un citās lietojumprogrammās.

 

Ir skaidrs, ka vēl ir daudz darāmā, lai dobās{0}}optiskās šķiedras ieviestu plaši. Lai to izdarītu, ir jāizveido optisko šķiedru tehniķu grupa, kas pārzina šīs informācijas nesēja darbības un savienošanas prasmes, jāformulē jauni rīki un standarti un jāizsver plusi un mīnusi standarta optisko šķiedru izmantošanai salīdzinājumā ar labāk veiktajām, bet dārgākajām dobajām-kodola optiskajām šķiedrām. Korporācija Microsoft sadarbojas ar Corning un Heraeus visos šajos jautājumos, cenšoties izveidot standartizētu globālu ekosistēmu, lai atbalstītu -plaša mēroga dobu-kodolšķiedru izvietošanu operatoru vidēs.

 

Dobām optiskajām šķiedrām ir liela nozīme arī kvantu skaitļošanā. Tie var pagarināt kubitu pārraides attālumu, neizmantojot papildu ierīces, piemēram, maršrutētājus vai atkārtotājus, kas pašlaik nepastāv kvantu tīklos. Kad šādas ierīces tiks izveidotas, to sākotnējās izmaksas būs augstākas nekā esošajām tīkla ierīcēm. Dobām-kodola optiskajām šķiedrām jāspēj samazināt pieprasījumu pēc kvantu tīkla aprīkojuma nākotnē, tādējādi ietaupot naudu un paātrinot izvietošanas laiku.

 

Daudzkodolu šķiedra (MCF) ir trešais optisko šķiedru ceļš, lai radītu lielāku joslas platumu. Tas ievieto vairākus optisko šķiedru serdeņus vienā optiskajā šķiedrā, ļaujot pa vienu šķiedru vienlaikus pārraidīt vairāk signālu. Vairāku-kodolu optiskās šķiedras palielina šķiedru blīvumu un joslas platumu. Tādi ražotāji kā Lightera un Sumitomo Electric strādā pie to uzlabošanas un komercializācijas plašai lietošanai.

Jau ir notikušas dažas ļoti ievērojamas vairāku{0}}kodolu tehnoloģiju demonstrācijas. Šī gada sākumā Sumitomo un Japānas Nacionālais informācijas un sakaru tehnoloģiju institūts paziņoja par pasaules rekordu. Viņi izmantoja 19-kodolu optiskās šķiedras, lai pārraidītu vairāk nekā 1 PB sekundē datu vairāk nekā 1800 kilometru attālumā (atbilstoši attālumam no Misūri līdz Montānai). Tuvāk ieviešanai ir tas, ka Lightera atsevišķiem klientiem sūta daudzkodolu optisko šķiedru risinājumu paraugus un ir pierādījis savu spēju ražot optiskās šķiedras no 4 līdz 8 kodoliem.

 

Daudzkodolu optiskajām šķiedrām ir plašs pielietojumu klāsts, tostarp zemūdens un sauszemes savienojumi, kā arī liela-blīvuma, ātrgaitas{2}}savienojumi starp slēdžiem, serveriem un atmiņas ierīcēm datu centru lietojumprogrammās. Lightera ir pierādījis savu spēju atbalstīt 8-daudzkodolu daudzkodolu šķiedru ar ātrumu 800 Gb/s maza-diapazona lietojumos un 4 kodolu daudzkodolu šķiedru ar ātrumu 400 Gb/s 10 kilometru attālumā.

 

Tomēr, tāpat kā dobās{0}}kodolu optiskās šķiedras, arī daudzkodolu{1}}optiskās šķiedras saskaras ar savām problēmām. Lai gan Advanced Photonics Coalition ir vairāku-kodolu šķiedru darba grupa, tā vēl nav noteikusi standartus attiecībā uz pamatīpašībām, piemēram, serdeņu skaitu, serdes izkārtojumu un apšuvuma diametru, kas padara katras daudzkodolu šķiedras pašreizējo izvietošanu uz vietas par pielāgotu projektu. Ir jāizveido īpaši instrumenti daudzkodolu savienošanai, jo īpaši, lai nodrošinātu, ka tos var salaist ātri, ar zemiem zudumiem un augstu izturību. Visbeidzot, ir nepieciešami arī labi-apmācīti daudzkodolu optiskās šķiedras tehniķi, un viņiem vislabāk ir ievērot noteiktos standartus.

 

Neskatoties uz to, vairāku{0}}kodolu šķiedru nobriešanas laikā tās iet kopsolī ar standarta šķiedrām un dobajām{1}}kodolu šķiedrām, nodrošinot vairāk tīkla iespēju datu centriem, hipermēroga pakalpojumu sniedzējiem, mākoņdatošanas un pakalpojumu sniedzējiem un uzņēmumiem. Iespējams, visredzamākais novērojums, ko varu piedāvāt, ir tas, ka tīkla plānotājiem ir rūpīgi jāapsver nākotnes līdzsvars starp izvietotajām optiskajām šķiedrām un pieejamajiem cauruļvadiem, lai varētu ieviest jaunus risinājumus, kad klientiem tie ir nepieciešami (piemēram, dobās vai daudzkodolu optiskās šķiedras).

Tradicionālās vienas-šķiedras optiskās šķiedras nepazudīs, taču vienmēr ir labi, ka tās var piedāvāt iespējas pieredzējušiem lietotājiem, kuri vēlas mazāku latentumu, lielāku blīvumu un/vai lielāku joslas platumu.