Znanje

U današnjem svijetu eksplozivnog rasta podataka, globalna generacija podataka po sekundi premašila je 500, 000 GB, guranje tradicionalnih jednokrevetnih vlakanskih kapaciteta za prijenos vlakana u blizini granice Shannon. Multi-core vlakna (MCF), integrirajući više neovisnih kanala za prijenos unutar jedne vlakne, pretvara "jednokratnu cestu" u "trodimenzionalnu delonalnu razmjenu", pojavljuju se kao ključna tehnologija za razbijanje ubojstva kapaciteta. Ovaj članak otkriva misterije ove revolucionarne tehnologije kroz tri dimenzije: tehničke karakteristike, osnovne prednosti i tipični scenariji aplikacija.

I. Osnovne karakteristike multi-jezgre vlakana

Trodimenzionalna prostorna arhitektura multipleksiranja
Višejezgrena vlakna organizuju više neovisnih jezgra (obično 4-19) unutar standardnog prečnika obloge od 125 μm. Na primjer, sedam jezgrena vlakna usvaja šesterokutnu blisku strukturu, komprimirajući razmak središta do centra do 30 μm (ekvivalentno trećinom promjera ljudske kose), postizanje 5-10x povećanja jezgre gustoće u odnosu na tradicionalna vlakna.

Space Division Multipleksing (SDM) tehnologija
Prenosnim kanalima prenosa duž prostorne dimenzije, svaka jezgra samostalno nosi različite signale. U kombinaciji sa višestrukim režimom (podržavajući više optičkih načina optičkih modova) i ekspanziranje vešne duljine (C + L pojas ekspanzija), to stvara "prostor × mod × talasna dužina" trodimenzionalni multipleksni sistem, teoretski pojačavajući kapacitet za 100x.

Ultra-nizak dizajn crosstalka
Konstrukcija potpomognuta rovova je zaposlena: ručna rovova između jezgara sa dubinama od 2-5 μm i indeksom refrakta niže od obloga. Zajedno sa heterogenim jezgrenim rasporedima (različitim profilima glave / indekse za refrakciju), ovo suzbijaju susjednu jezgru CORE-a na -50 db / km ili niži (ekvivalentno signaliziranju istjecanja manje od 0. 001%).

Inteligentna kompatibilnost
Bespremna integracija sa jednokrevetnim vlaknama omogućena je putem / ventilatora / ventilatora (FIFO) uređaja, postižući efikasnu spojnicu između višejezgrenih i jednokrevetnih vlakana sa gubitkom od umetanja, osiguravajući kompatibilnost s postojećom optičkom komunikacijskom opremom.

II. Osnovne prednosti multi-jezgre vlakana

Ključne tehničke prednosti:

Razbijanje granice Shannon: Proširenje kapaciteta kroz prostorne dimenzije, sa eksperimentalnim zapisima koji dosežu 10,66 Pbps (ekvivalentno prenošenju jednogodišnjeg globalnog glasovnog poziva u jednoj sekundi).

Učinkovitost prostora: Smanjuje broj vlakana u stalcima za podatkovne centre za 80%, ublažavanje zagušenja kablova.

Poboljšana pouzdanost: Svojstvena viška kanala od neovisnog višejezgrenog mjenjača osigurava dostupnost sistema od 99,99999%.

III. Tipični scenariji aplikacija

1. Hyperscale centri podataka

Izazov: AI računarski klasteri zahtijevaju međusobno povezivanje na nivou mikrosekunde na desetinama hiljada GPU-a, sa tradicionalnim kabliranjem vlakana koje dostiže kilometrima po stalak.

Rješenje: Seven-Core vlakna omogućavaju sve optičke mreže za podršku, podržavajući 256 GPU-a po vlaknima. Rezultati ispitivanja:

Latencija servera na poslužitelj smanjila se sa 3,5 μs na 0. 8 μs

Težina kabla smanjena je za 62%, potrošnja energije hlađenja spuštena za 45%

Studija slučaja: Globalni provajder u oblaku raspoređen MCF u svom Tokio Data centru, ubrzavajući AI model obuku za 4,3x.

2. Transoceanski podmornički kablovski sistemi

Prijedlog vrijednosti: Jedan MCF kablovi zamijeni tradicionalne pakete sa više vlakana, poboljšanje pouzdanosti i smanjenje troškova implementacije.

Inovacije:

HENGTONG vlakna dvostruko oklopno sedam-jezgromna podmornička kabela podnosi zatezne sile do 100 kN i pouzdano djeluje u 8, 000- metarske dubine već 25 godina.

Integrirani monitori raspoređenih vlakana modernog braštaka ({{{{{{{{{{{0}} 1 με preciznost) i fluktuacije temperature (± 0,05 stepena).

Komercijalno implementacija: Sustav podmorničkih podmorskih zemalja Azije Amerika koristi MCF, postizanje 800 Tbps po opsegu vlakana sa 35% nižim troškovima izgradnje.

3. 6G mobilne fronthene mreže

6G Zahtjevi: Terahertz (0. 1-10 thz) Gustoće bazne stanice dostići će 10-100 po km², zahtjevnim ultra-visokog kapaciteta Fronthaul.

Rješenja:

Hollow-Core MCF: postiže 0. 2 db / m ultra-nizak gubitak u THZ opsezima.

Orbitalni kutni momentum (OAM) Multipleksiranje: omogućava 12 načina sjemenki po srži, povećavajući spektralnu efikasnost na 256 bit / s / hz.

Terenski testovi: u Purple Burden Laboratoriji 6G probna mreža, MCF je uspješno nosio 1 Tbps bežični prijenos signala s malo brzine pogreške ispod 1e -15.

4. Kvantne komunikacijske balkone mreže

Jedinstvena prednost: MCF samostalno izolira kvantni i klasični kanali, rješavanje inspektura za smetnje za suradnju.

Performanse:

Kvantna bitna stopa greške (QBER)<0.6%

Stopa generacije ključa povećana na 15 kbps @ 500 km

Nacionalni projekt: Kina "Beijing-Shanghai kvantna mreža" nadograđuje snižene čvorove releja za 40%, a poboljšana ključna efikasnost distribucije za 300% koristeći MCF.

IV. Budući izgledi: od "multi-jezgre" do "inteligentne jezgre"

Sa napretkom u 3D fotoničkoj integraciji i optičkim mrežama AI-osnaživanja, MCF se razvija prema:

Višedimenzionalno multipleksiranje: Kombinovanje stanja sječke i polarizacije sa postojećim 7- osnovnim dizajnom za ciljanje 100 Pbps po vlaknima.

Samosenzirajuće mreže: ugrađeni senzori vlakana za praćenje, temperatura i nadgledanje deformacije u stvarnom vremenu, stvarajući "prijenos + osjetljivost" pametne infrastrukture.

Green Energy Probojci: Oduzimanje gustoće MCF-a za postizanje 1 Tbps / W Energetska efikasnost, podržavajući ciljeve neutralnosti ugljika.

Zaključak: Redefiniranje dimenzija optičke komunikacije

Multi-core vlakna predstavlja ne samo tehnološki proboj, već paradigme u premještaju u iskorištavanju prostornih dimenzija. Od morskog kreveta do oblačne infrastrukture, i od klasične do kvantne komunikacije, MCF redefinira fizičke granice optičkih mreža. Sa Kinom koji vodi u međunarodnim standardima (11 ITU-ova standarda) i osnovne tehnologije (npr. Kontrola razmaka od 30 μm), MCF će podnijeti sljedeću infrastrukturu za 6G, metaverzu i računarske mreže. Na ovom putovanju da "proširi kapacitet kroz prostor", svaka vlakna tka veća međusobno povezana, trodimenzionalna digitalna budućnost.

Reference

ITU-T G.654.3: Multi-Core optičke karakteristike optičkih vlakana

Hengtong vlakno. Svemirska divizija Multipleksing tehnologija Bijeli papir, 2023.

Photonics prirode. "10,66 PB / S prijenos pomoću višejezgrenog vlakana", 2022.