Інноваційна форма оптичного волокна: до меншої затримки та більшої щільності

Сучасне оптичне волокно вже є надзвичайним досягненням у техніці. Тільки уявіть собі, одножильне оптичне волокно, прокладене на дні Тихого океану понад 20 років тому, тепер може передавати обсяг трафіку 1,2 Тбіт/с, тоді як коротші лінії можуть передавати навіть 1,6 Тбіт/с. Оптоволокно-до--сервісу, створеного на швидкості 100 Мбіт/с на початку цього століття, зараз оновлюється до пасивних оптичних мереж 25G і 50G, а в наступному циклі оновлення підтримуватиме 200G PON. Оптичні волокна безперервно забезпечують зростаючу швидкість за нижчих витрат, із меншою затримкою та дуже надійним, міцним і безпечним способом.

 

CableLabs вважає, що оптичні волокна, які зараз «розгорнуті в землі», можуть підтримувати швидкість до 50 000 Гбіт/с у якийсь момент у майбутньому, але вже сьогодні велика кількість користувачів сподівається підняти корисність, щільність і продуктивність оптичних волокон до нових висот.

 

Варіанти оптичного волокна-меншого розміру

 

Наразі існує кілька шляхів вдосконалення технології оптичних волокон, які тихо розвиваються. Одним із шляхів є зменшення фізичного розміру оптичних волокон. Традиційне одномодове-оптичне волокно має діаметр 242 мікрометри, що вже дуже мало. Навпаки, діаметр людської волосини становить приблизно від 50 до 100 мікрометрів.

 

Зараз такі компанії, як Corning, уже спроможні виробляти однониткові-оптичні волокна діаметром 200 мікрометрів. Ця незначна зміна може швидко мати значний вплив. Від житлових до корпоративних застосувань менший розмір завжди кращий, оскільки він дає змогу монтажникам прокласти більше оптичних волокон у більшій кількості місць, збільшити кількість оптичних волокон у-герметичних трубопроводах, зменшити навантаження на повітряне розгортання та спростити вже обережне розгортання оптичних волокон для входу в офіси та багато-домогосподарства.

 

Область, де оптичні волокна меншого діаметру справді сяють, це центри обробки даних штучного інтелекту. Висока-щільність обчислень, необхідна для створення нового покоління штучного інтелекту, робить дорогоцінним кожен кубічний дюйм простору, оскільки стійки, сервери та все більша кількість окремих мікросхем потребують власних виділених каналів зв’язку.

 

Єдиним недоліком оптичних волокон малого-діаметра є те, що їх потрібно з’єднувати з наявними оптичними волокнами великого-діаметра. Для цього потрібні певні спеціалізовані інструменти, а спеціалісти з волоконно-оптичної техніки повинні пройти відповідну підготовку з експлуатації, але це не є серйозною проблемою.

 

Розвиток порожнистих оптичних волокон і багато{0}}жильних оптичних волокон

 

Волокно з порожнистим сердечником (HCF) представляє наступний значний прогрес у волоконних носіях, направляючи лазери через повітря або вакуум, а не через скло. Коротше кажучи, швидкість передачі світла у склі нижча, ніж у порожнистих трубах (хвилеводах), і скло також обмежує кількість оптичних частот, доступних для передачі даних. Якщо порівнювати одномодові-оптичні волокна зі стандартними магістралями, то оптичні волокна з порожнистими-опорами схожі на магістралі. Вони можуть зменшити затримку, збільшити поточну відстань передачі та мають потенціал для подальшого підвищення швидкості в майбутньому.

Завдяки використанню порожнистих оптичних волокон швидкість передачі може бути збільшена на 47%, а затримка може бути зменшена на 33%. Крім того, менші втрати сигналу означають, що потрібно менше ретрансляторів на будь-якій заданій відстані, що призводить до меншого споживання енергії. Протягом останніх п’яти років було виготовлено та впроваджено початкову кількість HCF, щоб зменшити затримку між-офісами або центрами обробки даних. Тим часом виробники постійно вдосконалюють цей носій, щоб підвищити його характеристики втрат, завдяки чому він досягає або перевершує рівень традиційних оптичних волокон.

 

У 2022 році Microsoft придбала Lumenisity, виробника порожнистих-волокон. Потім компанія почала виробляти порожнисті-волокна у Великій Британії та продовжила дослідження HCF. Минулого року компанія оголосила, що протягом двох років розгорне 15 000 кілометрів порожнистого волокна у своїй мережі центрів обробки даних Azure для підтримки вимог штучного інтелекту до підключення. Цього року корпорація Майкрософт оголосила, що успішно розробила оптичні волокна з порожнистим-серцевиною з кращими характеристиками втрат, ніж традиційні оптичні волокна, що фактично відкриває двері для широкомасштабного-виробництва.

 

Але це не зупинило. Наприкінці вересня 2025 року Microsoft оголосила, що співпрацює з Corning і Heraeus Covantics для створення додаткового «промислового-виробництва порожнистих волокон», щоб задовольнити попит на цей матеріал у своїх центрах обробки даних. Ми можемо очікувати, що інші виробники оптичних волокон почнуть збільшувати виробництво оптичних волокон із порожнистими -серцевиною та сприятимуть використанню цього середовища в центрах обробки даних та інших додатках.

 

Безсумнівно, ще багато роботи для того, щоб оптичні волокна з порожнистими-сердцями стали популярними. Для цього потрібно створити групу спеціалістів з оптичних волокон, які володіють навичками експлуатації та з’єднання цього середовища, розробити нові інструменти та стандарти, а також зважити переваги та недоліки використання стандартних оптичних волокон проти кращих-продуктивних, але дорожчих оптичних волокон із порожнистим-серцевиною. Microsoft співпрацює з Corning і Heraeus у всіх цих питаннях у рамках своїх зусиль зі створення стандартизованої глобальної екосистеми для підтримки широкомасштабного-розгортання порожнистих-волокон в операторських середовищах.

 

Порожнисті оптичні волокна також мають велике значення для квантових обчислень. Вони можуть збільшити відстань передачі кубітів без потреби в додаткових пристроях, таких як маршрутизатори або повторювачі, яких зараз немає в квантових мережах. Коли такі пристрої будуть створені, їх початкова вартість буде вищою, ніж існуючих мережевих пристроїв. Оптичні волокна з порожнистими-ядрами мають зменшити попит на майбутнє квантове мережеве обладнання, тим самим заощадивши гроші та прискоривши час розгортання.

 

Багато{0}}волокно (MCF) — це третій шлях оптичних волокон для створення більшої пропускної здатності. Він поміщає кілька оптичних волокон в одне оптичне волокно, що дозволяє одночасно передавати більше сигналів по одному волокну. Багато{3}}оптичні волокна збільшують щільність волокна та пропускну здатність. Такі виробники, як Lightera та Sumitomo Electric, працюють над їх удосконаленням і комерціалізацією для широкого використання.

Уже було кілька чудових демонстрацій багатоядерних-технологій. На початку цього року Sumitomo та Національний інститут інформаційних і комунікаційних технологій Японії оголосили про встановлення світового рекорду. Вони використовували оптичні волокна з 19-ядрами для передачі даних зі швидкістю понад 1 ПБ за секунду на відстань понад 1800 кілометрів (еквівалентно відстані від Міссурі до Монтани). Ближче до розгортання Lightera надсилає зразки багатоядерних оптичних волокон вибраним клієнтам і продемонструвала свою здатність виробляти оптичні волокна від 4 до 8 ядер.

 

Багатоядерні-оптичні волокна мають широкий спектр застосувань, у тому числі підводні та наземні з’єднання, а також високо-щільні, високо-швидкісні з’єднання між комутаторами, серверами та пристроями зберігання даних у програмах центрів обробки даних. Lightera продемонструвала свою здатність підтримувати 8-багатоядерне волокно зі швидкістю 800 Гбіт/с у додатках малого- діапазону та 4-ядерне багатоядерне волокно зі швидкістю 400 Гбіт/с на відстані 10 кілометрів.

 

Однак, як і оптичні волокна з порожнистими-сердцями, багато{1}}оптичні волокна також стикаються з власними проблемами. Незважаючи на те, що в рамках Advanced Photonics Coalition існує робоча група з багато{3}}волокна, вони ще не встановили стандарти щодо основних характеристик, таких як кількість ядер, розташування серцевини та діаметр оболонки, що робить поточне польове розгортання кожного багато{4}}волокна індивідуальним проектом. Необхідно створити спеціальні інструменти для багатожильного з’єднання, особливо для забезпечення швидкого з’єднання з низькими втратами та високою міцністю. Нарешті, також потрібні добре{8}}навчені спеціалісти з багатоядерної оптоволоконної оптики, і найкраще, щоб вони дотримувалися встановлених стандартів.

 

Незважаючи на це, у міру розвитку багатоядерних волокон вони не відставатимуть від стандартних волокон і порожнистих-волокон, забезпечуючи більше варіантів мереж для центрів обробки даних, постачальників гіпермасштабованих, хмарних і постачальників послуг, а також підприємств. Мабуть, найбільш перспективним-спостереженням, яке я можу запропонувати, є те, що планувальникам мереж слід ретельно проаналізувати майбутній баланс між розгорнутими оптичними волокнами та доступними трубопроводами, щоб мати можливість запроваджувати нові рішення, коли вони потрібні клієнтам (наприклад, порожнисті або багато{4}}жильні оптичні волокна).

Традиційні-одножильні оптичні волокна не зникнуть, але завжди добре, що вони можуть запропонувати варіанти для досвідчених користувачів, які прагнуть меншої затримки, вищої щільності та/або більшої пропускної здатності.