знание

В днешния свят на растежа на експлозивните данни глобалното генериране на данни в секунда надвишава ‌500, 000 GB‌, като натиска традиционните едноядрени мощности за предаване на влакна, близо до границата на Шанън. Многоядрените влакна (MCF), като интегрират множество независими канали за предаване в рамките на едно влакно, трансформират „еднолентовия път“ в „триизмерен обмен на детелини“, който се очертава като ключова технология за пробиване на капацитет. Тази статия разкрива мистериите на тази революционна технология чрез три измерения: технически характеристики, основни предимства и типични сценарии на приложение.

‌I. Основни характеристики на многоядрените влакна‌

‌Three-ИЗМЕРВАНЕ НА ПАТИАЛНА Мултиплексираща архитектура‌
Многоядрените влакна подреждат множество независими ядра (обикновено 4–19) в рамките на стандартен диаметър на облицовка ‌125 μm‌. Например, седемядрено влакно приема ‌hexagonal близко опакована структура‌, компресирайки разстоянието между центъра до центъра до ‌30 μm‌ (еквивалентно на една трета от диаметъра на човешката коса), постигайки увеличение ‌5–10x в плътността на ядрото в сравнение с традиционните влакна.

‌Space Division Multiplexing (SDM) Технология‌
Чрез разделяне на канали за предаване по протежение на ‌spatial измерения‌, всяко ядро ​​независимо носи различни сигнали. В комбинация с ‌mode multiplexing‌ (поддържащи множество оптични режими на сърцевина) и ‌wavel Multiplexing‌ (разширяване на лентата C+L), това създава триизмерна система за мултиплексиране на „Space × Mode × Wavel“.

‌Ultra-нисък дизайн на кръстосани разговори‌
Използва се структурата, подпомагана от ‌trench‌: пръстеновидни окопи, изрязани между ядра с дълбочина ‌2–5 μm‌ и коефициент на пречупване, по-нисък от облицовката. В съчетание с ‌heterogenoy Core Layouts‌ (различни диаметри на ядрото/профили на коефициент на пречупване), това потиска съседното ядрото на ядрото към ‌ -50 db/km или по -ниско‌ (еквивалентно на изтичане на сигнал по -малко от 0. 001%).

‌Intelligent съвместимост‌
Безпроблемната интеграция с едноядрени влакнести системи е активирана чрез ‌fan-in/fan-out (FIFO) устройства‌, постигайки ефективно свързване между многоядрени и едноядрени фибри масиви с вмъкване на загуба, контролирана по-долу ‌ 0. 3 dB‌, осигурявайки съвместимост със съществуващото оптично комуникационно оборудване.

‌Ii. Основни предимства на многоядрените влакна‌

‌Key Технически предимства: ‌

‌ РАЗПРЕДЕЛЕНИЕ НА ШАННОН ОГРАНИЧЕНИЕ: Разширяване на капацитета чрез пространствени размери, като експерименталните записи достигат ‌10.66 PBPS‌ (еквивалентни на предаването на глобални гласови обаждания на стойност една година).

‌Space Ефективност ‌: Намалява броя на влакната в стелажите за центрове за данни с ‌80%‌, облекчаване на задръстванията в окабеляване.

Надеждност ‌ncanced ‌: присъщото ‌Channel излишък ‌ от независимо многоядрено предаване гарантира наличието на системата от ‌99.9999%‌.

‌Iii. Типични сценарии на приложение

‌1. Хиперсалидни центрове за данни‌

‌Challenge‌: Изчисляващите клъстери AI изискват ‌microsecond atency internection‌ през десетки хиляди графични процесори, като традиционните капацини за влакна достигат ‌kilometers на багажник‌.

‌Solution‌: Седем-ядрените влакна позволяват ‌all-оптични мрежи за заден план‌, поддържащи ‌256 графични процесори на влакна. Резултати от теста:

Латентността на сървъра към сървъра намалява от 3,5 μs до 0. 8 μs

Теглото на кабелите намалява с 62%, консумацията на енергия на охлаждане намалява с 45%

‌Case Study‌: Глобален доставчик на облак разгърна MCF в своя център за данни в Токио, ускорявайки обучението на AI модел от ‌4.3x‌.

‌2. Трансокеански подводни кабелни системи‌

‌Value Предложение ‌: Единичните MCF кабели заменят традиционните многостепенни пакети, повишавайки надеждността и намаляват разходите за внедряване.

‌Innovations‌:

Седем-ядрен подводен кабел на Hengtong Fiber е издържал на опънни сили до ‌100 kN‌ и работи надеждно на 8, 000- метра дълбочина в продължение на 25 години.

Интегрирани ‌Distributed Fiber Sensing‌ наблюдава земетресенията на морското дъно ({{0}}. 1 με прецизност) и температурни колебания (± 0,05 градуса).

‌Commercial Deployment‌: Схемата за подводници от следващо поколение Asia-America използва MCF, постигайки ‌800 Tbps на честотна лента на влакна с ‌35% по-ниски разходи за строителство‌.

‌3. 6G Mobile Fronthaul Networks‌

‌6G Изисквания ‌: Terahertz (0. 1–10 THz) Плътността на базовата станция ще достигне ‌10–100 на km²‌, взискателна ултра-висок капацитет.

‌Solutions‌:

‌Hollow-core mcf‌: Постига ‌ 0. 2 dB/m ултра ниска загуба ‌ в THZ ленти.

‌Orbital Angular Momentum (OAM) Мултиплексиране‌: Активира 12 режима на OAM на ядро, повишавайки спектралната ефективност до ‌256 бита/s/hz‌.

‌Field Tests‌: В 6G пробна мрежа на Lurple Mountain Laboratory, MCF успешно пренася ‌1 Tbps безжичен сигнал предаване‌ с малко скорост на грешка под ‌1e -15 ‌.

‌4. Quantum Communication Backbone Networks‌

‌Unique Advantage‌: MCF ‌Индикално изолира квантовите и класическите канали‌, решавайки предизвикателствата на съвместните смущения.

‌Performance‌:

Степен на квантово битова грешка (Qber)<0.6%

Коефициентът на генериране на ключове се увеличава до ‌15 kbps@500 km‌

‌National Project‌: Китайската квантова мрежа от Пекин-Шанхай “на Китай„ Пекин-Шанхай “намали релейни възли с ‌40%‌ и подобрена ефективност на разпределение на ключове с ‌300%‌, използвайки MCF.

‌Iv. Бъдеща перспектива: От "многоядрен" до "интелигентно ядро" ‌

С напредък в ‌3D фотонична интеграция‌ и ‌AI-захранвани оптични мрежи‌, MCF се развива към:

‌Multi-измерено мултиплексиране‌: Комбиниране на ‌OAM‌ и ‌polarization states‌ със съществуващи 7- основни дизайни за насочване ‌100 pbps на фибри.

‌Sensensing Networks‌: Вградени сензори за влакна за мониторинг на стрес, температура и деформация в реално време, създаване на интелигентна инфраструктура „предаване + сензор“.

‌Green пробиви на енергия ‌: Използване на плътността на MCF за постигане на ‌1 Tbps/W енергийна ефективност‌, подкрепяйки целите на въглеродния неутралитет.

‌Conclusion: Предефиниране на размерите на оптичната комуникация‌

Многоядреното влакно представлява не само технологичен пробив, а промяна на парадигмата в използването на пространствени измерения. От морските легла до облачната инфраструктура и от класическите до квантовите комуникации, MCF предефинира физическите граници на оптичните мрежи. С Китай, водещ в международните стандарти (11 стандарти на ITU/IEC) и основни технологии (напр. 30 μm контрол на разстоянието на основното разстояние), MCF ще бъде в основата на инфраструктурата от следващия поколение за 6G, Metaverse и изчислителните мрежи. В това пътуване до „разширяване на капацитета през пространството“ всяко влакно тъче по-взаимосвързано, триизмерно цифрово бъдеще.

‌References‌

ITU-T G.654.3: Многоядрени характеристики на оптичните влакна

Hengtong Fiber. Технология за мултиплексиране на космическа дивизия бяла хартия, 2023 г.

Природна фотоника. "10.66 PB/S предаване с помощта на многоядрени влакна", 2022.