Inovace formy optického vlákna: Směrem k nižší latenci a vyšší hustotě

Dnešní médium z optických vláken je již pozoruhodným počinem ve strojírenství. Jen si představte, jedno-vlákno optického vlákna položeného na dně Tichého oceánu před více než 20 lety může nyní přenášet objem provozu 1,2 Tb/s, zatímco kratší linky mohou přenášet dokonce až 1,6 Tb/s. Služba vlákna-to{7}}-pro domácnost postavená na rychlosti 100 Mb/s na začátku tohoto století je nyní upgradována na pasivní optické sítě 25G a 50G a v příštím cyklu upgradu bude podporovat 200G PON. Optická vlákna neustále poskytují rostoucí rychlosti při nižších nákladech, s nižší latencí a vysoce spolehlivým, robustním a bezpečným způsobem.

 

CableLabs věří, že optická vlákna, která jsou v současnosti „nasazena v zemi“, by mohla někdy v budoucnu podporovat rychlosti až 50 000 Gb/s, ale v současné době již velký počet uživatelů doufá, že pozdvihnou užitečnost, hustotu a výkon optických vláken do nových výšin.

 

Menší-volby optických vláken

 

V současné době existuje několik cest ke zlepšení technologie optických vláken, které se tiše vyvíjejí. Jednou z cest je zmenšení fyzické velikosti optických vláken. Tradiční jedno-režimové optické vlákno má průměr 242 mikrometrů, což je již velmi málo. Naproti tomu průměr lidského vlasu je přibližně 50 až 100 mikrometrů.

 

Společnosti jako Corning jsou již dnes schopny poskytovat jednovláknová optická vlákna o průměru 200 mikrometrů. Tato drobná změna může mít rychle významný dopad. Od obytných po podnikové aplikace je menší velikost vždy lepší, protože umožňuje instalačním technikům položit více optických vláken na více míst, zvýšit počet optických vláken v kapacitně -těsných potrubích, snížit zátěž nasazením vzduchu a usnadnit již tak opatrné zavádění optických vláken do kanceláří a více-domácností.

 

Oblast, kde optická vlákna s menším průměrem skutečně září, je v datových centrech AI. Vysoká-hustota výpočetní techniky potřebná k sestavení další generace umělé inteligence činí každý krychlový palec prostoru cenným, protože stojany, servery a rostoucí počet jednotlivých čipů potřebují své vlastní vyhrazené komunikační kanály.

 

Jedinou nevýhodou optických vláken malého -průměru je, že je třeba je spojit se stávajícími -optickými vlákny o velkém průměru. To vyžaduje určité specializované nástroje a technici optických vláken musí absolvovat příslušné provozní školení, ale to není velký problém.

 

Vzestup dutých optických vláken a více{0}}jádrových optických vláken

 

Duté jádrové vlákno (HCF) představuje další významný pokrok ve vláknových médiích, vede lasery vzduchem nebo vakuem spíše než sklem. Stručně řečeno, rychlost přenosu světla ve skle je nižší než v dutých trubkách (vlnovodech) a sklo také omezuje počet optických frekvencí dostupných pro přenos dat. Pokud porovnáme optická vlákna s jedním-režimem se standardními dálnicemi, pak optická vlákna s dutým jádrem- jsou jako dálnice. Mohou snížit latenci, zvýšit aktuální přenosovou vzdálenost a mají potenciál dále zvýšit rychlost v budoucnu.

Použitím dutých optických vláken lze zvýšit přenosovou rychlost o 47 % a snížit latenci o 33 %. Kromě toho nižší ztráta signálu znamená, že je potřeba méně opakovačů v dané vzdálenosti, což se promítá do nižší spotřeby energie. Za posledních pět let bylo vyrobeno a nasazeno počáteční množství HCF, aby se snížila latence mezi kancelářemi nebo datovými centry na krátké{4}}vzdálenosti. Mezitím výrobci toto médium neustále vylepšují, aby zlepšili jeho ztrátové charakteristiky, čímž dosáhli nebo překonali úroveň tradičních optických vláken.

 

V roce 2022 Microsoft koupil Lumenisity, výrobce dutých-vláknových vláken. Společnost poté začala vyrábět dutá-vlákna ve Spojeném království a pokročila v dalším výzkumu HCF. Loni společnost oznámila, že do dvou let nasadí 15 000 kilometrů dutých vláken ve své síti datových center Azure, aby podpořila požadavky na připojení umělé inteligence. Letos společnost Microsoft oznámila, že úspěšně vyvinula dutá-optická vlákna s lepšími ztrátovými charakteristikami než tradiční optická vlákna, což ve skutečnosti otevírá dveře-výrobě ve velkém.

 

Ale to nepřestalo. Koncem září 2025 Microsoft oznámil, že spolupracuje se společnostmi Corning a Heraeus Covantics na zavedení další „průmyslové{2}}výroby dutých vláken“, aby uspokojil poptávku po tomto materiálu ve svých datových centrech. Dá se očekávat, že další výrobci optických vláken začnou zvyšovat výrobu dutých-optických vláken a podporovat používání tohoto média v datových centrech a dalších aplikacích.

 

Je jisté, že je potřeba udělat ještě hodně práce, aby se dutá-optická vlákna s jádrem dostala do hlavního proudu. To vyžaduje vychovat skupinu techniků optických vláken, kteří jsou zběhlí v ovládání a spojování tohoto média, formulování nových nástrojů a standardů a zvážení výhod a nevýhod používání standardních optických vláken oproti lepším -výkonným, ale dražším dutým- optickým vláknům s jádrem. Společnost Microsoft na všech těchto otázkách spolupracuje se společnostmi Corning a Heraeus v rámci svého úsilí o vybudování standardizovaného globálního ekosystému na podporu rozsáhlého -zavádění dutých- vláken v prostředí operátorů.

 

Dutá optická vlákna mají také velký význam pro kvantové výpočty. Mohou prodloužit přenosovou vzdálenost qubitů bez potřeby dalších zařízení, jako jsou routery nebo opakovače, které v současnosti v kvantových sítích neexistují. Po vytvoření takových zařízení budou jejich počáteční náklady vyšší než u stávajících síťových zařízení. Optická vlákna s dutým-jádrem by měla být schopna snížit poptávku po budoucích kvantových síťových zařízeních, čímž ušetří peníze a zrychlí dobu nasazení.

 

Více{0}}jádrové vlákno (MCF) je třetí cestou pro optická vlákna k vytvoření větší šířky pásma. Umísťuje více jader optických vláken do jediného optického vlákna, což umožňuje souběžný přenos více signálů po jediném vláknu. Více-jádrová optická vlákna zvyšují hustotu vláken a šířku pásma. Výrobci jako Lightera a Sumitomo Electric pracují na jejich vylepšení a komercializaci pro široké použití.

Již došlo k několika velmi pozoruhodným ukázkám více{0}}jádrových technologií. Začátkem tohoto roku oznámily Sumitomo a Japonský národní institut informačních a komunikačních technologií světový rekord. Použili 19 -jádrových optických vláken k přenosu dat rychlostí přes 1 PB za sekundu na vzdálenost více než 1 800 kilometrů (ekvivalent vzdálenosti z Missouri do Montany). Blíže k nasazení je to, že Lightera posílá vzorky řešení s vícejádrovými optickými vlákny vybraným zákazníkům a prokázala svou schopnost vyrábět optická vlákna v rozsahu od 4 do 8 jader.

 

Více{0}}jádrová optická vlákna mají širokou škálu aplikací, včetně podmořských a pozemních připojení a také vysoko{1}}hustotních a{2}}rychlostních připojení mezi přepínači, servery a úložnými zařízeními v aplikacích datových center. Lightera prokázala svou schopnost podporovat 8-jádrové vícejádrové vlákno při rychlosti 800 Gb/s v aplikacích s krátkým-dosahem a 4jádrové vícejádrové vlákno při rychlosti 400 Gb/s na vzdálenost 10 kilometrů.

 

Stejně jako dutá-optická vlákna s více jádry však i více-jádrová optická vlákna čelí svým vlastním problémům. Přestože v rámci Advanced Photonics Coalition existuje pracovní skupina pro vícejádrová vlákna, dosud nestanovila standardy týkající se základních charakteristik, jako je počet jader, rozvržení jádra a průměr pláště, což činí ze současného nasazení každého vícejádrového vlákna v terénu přizpůsobený projekt. Je třeba vytvořit speciální nástroje pro více-jádrové spojování, zejména proto, aby bylo zajištěno, že je lze spojovat rychle, s nízkou ztrátou a vysokou pevností. A konečně jsou také potřeba dobře-vyškolení technici pro vícejádrové optické vlákno, pro které je nejlepší, aby se řídili a dodržovali zavedené standardy.

 

Navzdory tomu, jak více{0}}jádrová vlákna dozrávají, budou držet krok se standardními vlákny a dutými-vlákny a poskytují více síťových možností pro datová centra, poskytovatele hyperškálování, cloudy a poskytovatele služeb a podniky. Asi nejprozíravější-pozorování, které mohu nabídnout, je, že plánovači sítí by měli pečlivě zvážit budoucí rovnováhu mezi nasazenými optickými vlákny a dostupnými potrubími, aby byli schopni zavádět nová řešení, když je zákazníci potřebují (jako jsou dutá nebo více{4}}jádrová optická vlákna).

Tradiční jednovláknová optická vlákna nezmizí, ale je vždy dobré, že mohou nabídnout možnosti pro pokročilé uživatele, kteří hledají nižší latenci, vyšší hustotu a/nebo větší šířku pásma.