Žinios

Šiandieniniame sprogstamojo duomenų augimo pasaulyje visuotinis duomenų generavimas per sekundę viršijo ‌500, 000 GB‌, stumdamas tradicines vieno branduolio pluošto perdavimo pajėgumus, esančius arti Šenono ribos. Kelių branduolių pluoštas (MCF), integruojant kelis nepriklausomus perdavimo kanalus į vieną pluoštą, „vienos juostos kelio“ paverčia „trijų matmenų dobilų biržos sankryža“, atsirandančia kaip pagrindinė technologija, leidžianti nutraukti talpos kliūtį. Šis straipsnis atskleidžia šios revoliucinės technologijos paslaptis per tris dimensijas: technines charakteristikas, pagrindinius pranašumus ir tipinius taikymo scenarijus.

‌I. Pagrindinės kelių branduolių pluošto savybės

‌ trijų matmenų erdvinis multipleksavimo architektūra‌
Daugia branduolių pluoštai sutvarko daugybę nepriklausomų šerdžių (paprastai 4–19) pagal standartinį apvalkalo skersmenį ‌125 μm‌. Pavyzdžiui, septynių branduolių pluoštas priima ‌heksagoninę uždarą struktūrą‌, suspaudžiant tarpus nuo centro iki centro iki ‌30 μm‌ (lygus trečdalį žmogaus plaukų skersmens), padidindamas ‌5–10x didėjantį šerdies tankį, palyginti su tradiciniais pluoštais.

‌Space padalijimo multipleksavimo (SDM) technologija‌
Padalijant perdavimo kanalus išilgai ‌Patical matmens‌, kiekvienas šerdis savarankiškai turi skirtingus signalus. Kartu su ‌Mode multipleksing‌ (palaikant kelis optinius režimus kiekvienoje šerdyje) ir ‌ bangų ilgio padalijimo multipleksavimas (C+L juostos išplėtimas), tai sukuria „erdvės × režimo × bangos ilgio“ trimatę multipleksavimo sistemą, teoriškai padidinančią talpą ‌100x‌.

‌Ultra-Low Crosstalk Design‌
Taikoma ‌TRENCH asistinė struktūra ‌: žiedinės tranšėjos, išgraviruotos tarp šerdžių, kurių gylis ‌2–5 μm‌, ir lūžio rodiklis mažesnis už apvalkalą. Kartu su ‌Heterogeniniu šerdies išdėstymu (kintančiais šerdies skersmenimis/lūžio rodiklio profiliais), tai slopina gretimą šerdies skerspjūvį į ‌ -50 db/km arba žemesnį (lygiavertis signalo nutekėjimui, kuris yra mažesnis nei 0. 001%).

‌Intelligentinis suderinamumas‌
Besiūlė integracija su vieno šerdies pluošto sistemomis įjungta naudojant „‌fan-in“/ventiliatoriaus-out (FIFO) įrenginius‌, siekiant efektyvaus sujungimo tarp kelių branduolių ir vieno branduolio pluošto masyvų su įterpimo praradimu, kontroliuojamu žemiau ‌ 0.

‌Ii. Pagrindiniai kelių branduolių pluošto pranašumai

‌ Klavišų techniniai pranašumai: ‌

‌ Šanono limitų pažeidimas: išplėtimas pajėgumai per erdvinius matmenis, kai eksperimentiniai įrašai pasiekia ‌10.66 PBPS‌ (lygi vienerių metų vertės pasaulinių balso skambučių perdavimui per vieną sekundę).

‌Space Effictify‌: Sumažina skaidulų skaičių duomenų centro lentynose ‌80%‌, palengvindama kabelių spūstis.

‌ patobulintas patikimumas: būdingas channel perteklius iš nepriklausomos kelių branduolių perdavimo užtikrina sistemos prieinamumą ‌99.9999%‌.

‌Iii. Tipiški taikymo scenarijai

‌1. „Hyperscale“ duomenų centrai‌

‌Challenge‌: AI skaičiavimo klasteriams reikalingas ‌microsecond lygio latentinis sujungimas ‌ dešimtys tūkstančių GPU, o tradiciniai pluošto kabeliai pasiekia ‌kilometrus kiekviename lentynoje.

‌Solution‌: Septynių branduolių pluoštai įgalina ‌all-optinius plokštumos tinklus‌, palaikantys ‌256 GPU vienam pluoštui. Testo rezultatai:

Serverio iki serverio delsos sumažėjo nuo 3,5 μs iki 0. 8 μs

Kabelio svoris sumažėjo 62%, aušinimo energijos suvartojimas sumažėjo 45%

‌Case Study‌: Pasaulinis debesų tiekėjas savo Tokijo duomenų centre dislokavo MCF, pagreitindamas AI modelio mokymus iki ‌4.3x‌.

‌2. Transoceanic povandeninių kabelių sistemos‌

‌ Vertinimo pasiūlymas ‌: Pavieniai MCF kabeliai pakeičia tradicinius kelių pluoštų paketus, padidina patikimumą ir sumažina diegimo išlaidas.

‌Inovacijos‌:

„Hengtong Fiber's ‌duble-šarvų septynių branduolių“ povandeninio laivo kabelis‌ atleidžia tempimo jėgas iki ‌100 kN‌ ir patikimai veikia 8, 000- matuoklio gylyje 25 metus.

Integruotas ‌ pasiskirstytas pluošto jutiklis, stebi jūros dugno žemės drebėjimus ({{{0}}. 1 με tikslumas) ir temperatūros svyravimus (± 0,05 laipsnis).

‌ Komercinis diegimas‌: Azijos ir Amerikos naujos kartos povandeninių laivų sistema naudoja MCF, pasiekdama ‌800 Tbps vienam pluošto ‌ pralaidumui, kurio statybos išlaidos yra 35% mažesnės.

‌3. 6G mobiliųjų telefonų tinklai

‌6G Reikalavimai‌: Tererhertz ({0. 1–10 Thz) Bazinės stoties tankis pasieks ‌10–100 už km²‌, reikalaudamas ypač didelės talpos.

‌Solutions‌:

‌Hollow-core mcf‌: pasiekia ‌ ‌ 0.

‌Orbitalinis kampinis impulsas (OAM) Multipleksavimas: Įgalina 12 OAM režimų kiekvienoje šerdyje, padidindamas spektrinį efektyvumą iki ‌256 bitų/s/hz‌.

‌Field Tests‌: „Purple Mountain Laboratory“ 6G bandomojo tinkle MCF sėkmingai nešiojo ‌1 TBPS belaidžio signalo perdavimą‌, kurio klaidų lygis yra mažesnis už ‌1e -15 ‌.

‌4. Kvantinio ryšio stuburo tinklai‌

‌Unique Advantage‌: MCF ‌ priklausomai išskiria kvantinius ir klasikinius kanalus‌, sprendžiant bendrojo pluošto trukdžių iššūkius.

‌PERFERSANCE‌:

Kvantinės bitų klaidų lygis (QBER)<0.6%

Pagrindinių generavimo greitis padidėjo iki ‌15 kbps@500 km‌

‌ National Project‌: Kinijos „Pekino-Shanghai Quantum Network“ atnaujinimas sumažino relių mazgus ‌40%‌ ir pagerino raktų pasiskirstymo efektyvumą ‌300%‌, naudojant MCF.

‌Iv. Ateities perspektyva: nuo „kelių branduolių“ iki „intelektualios branduolio“ ‌

Pažanga ‌3D fotoninės integracijos ir ‌ai veikiamų optinių tinklų‌, MCF vystosi:

‌Ulti-dimensijinis multipleksavimas: sujungti ‌oam‌ ir ‌polarizacijos būsenas su esamomis 7- pagrindiniais dizainais, nukreiptais į ‌100 Pbps vienam skaidulai.

‌ Savarankiškas tinklas‌: Įterpti pluošto jutikliai, skirti realiojo laiko stresui, temperatūrai ir deformacijų stebėjimui, sukuriant „transmisijos + jutimo“ išmaniąją infrastruktūrą.

‌ Greeno energijos proveržis‌: MCF tankio panaudojimas siekiant ‌1 Tbps/W energijos efektyvumo, palaikant anglies neutralumo tikslus.

‌ Konclizavimas: optinio ryšio matmenų iš naujo apibrėžti.

Kelių branduolių pluoštas yra ne tik technologinis proveržis, bet ir paradigmos poslinkis, panaudojant erdvinius matmenis. Nuo jūros dugno iki debesų infrastruktūrų ir nuo klasikinių iki kvantinių ryšių, MCF iš naujo apibrėžia fizines optinių tinklų ribas. Kai Kinija vadovauja tarptautiniams standartams (11 ITU/IEC standartų) ir pagrindinių technologijų (pvz., 30 μm pagrindinių tarpų kontrolės), MCF palaikys naujos kartos infrastruktūrą 6G, „Metaverse“ ir „Computing“ tinklams. Šioje kelionėje „išplėsti talpą per kosmosą“ kiekvienas pluoštas audžia labiau sujungtą, trijų matmenų skaitmeninę ateitį.

‌Referencijos‌

ITU-T G.654.3: kelių branduolių optinio pluošto charakteristikos

Hengtongo pluoštas. Kosmoso padalinio multipleksavimo technologija Baltoji knyga, 2023 m.

Gamtos fotonika. „10.66 PB/S transmisija naudojant kelių branduolių pluoštą“, 2022.