Tuščiaviduriai - šerdies pluoštas (HCF) pakeičia tradicinio singlo - režimo pluošto (SMF) stiklo šerdį su oru - užpildytu centru. Iš esmės HCF sukonstruotas kaip mikrostruktūruotas stiklo „apvalkalas“, supantis centrinį oro kanalą. Šviesa lemia ne visišką vidinį stiklo atspindį, o fotoninės juostos tarpo ar antiresonancijos efektą apvalkale. 1 paveiksle parodytas bendras „rotatoriaus“ antiesonancijos dizainas: centrinė oro šerdis, apsupta plonų kvarco vamzdžių žiedo. Tai leidžia daugiau nei 99% šviesos režimo išlikti ore, tai žymiai sumažina sąveiką su stiklu. Priešingai, SMF susideda iš kieto germanio - silicio dioksido šerdies (maždaug 9 μm skersmens), esant žemai - refrakcijai - indekso stiklo apvalkalas. Kadangi HCF šerdis turi daug mažesnį lūžio rodiklį (n≈1) nei apvalkalas, šviesai apriboti reikalinga specializuota apvalkalo struktūra.
1 paveikslas: tuščiaviduriai - šerdies pluošto dizainas. (A) Vamzdinio antiresonanto tuščiavidurio - šerdies pluošto (HCF) schema: šviesa yra uždaryta į centrinę oro šerdį, apsuptą įdėto plonų stiklo kapiliarų. (b) Tradicinis singlas - režimo pluoštas naudoja kietą stiklo šerdį. Dėl HCF šerdies ir apvalkalo (pvz., Honeycomb Glass žiedų) geometrijos šviesa atspindi atgal į oro kanalą per fotoninio juostos juostos efektą arba antiresonancijos efektą.
Silpimas (praradimas)
Tradicinis singlas - režimo pluoštas (SMF) yra labai mažas C - juostos nuostolius (maždaug 0,2 dB/km). Pavyzdžiui, CORNING SMF - 28 ULL pluošto nuostoliai yra mažesni nei 0,16 dB/km esant 1550 nm. Tikras - pasaulis, aukštas - kokybės SMF nuostolių diapazonas yra 0,16–0,2 dB/km esant 1550 nm. Palyginimui, ankstyvieji HCF prototipai patyrė nuostolius 1–10 dB/km diapazone. Dėl technologinės pažangos (įdėtos antiresonantų dizainų, „pasuktų“ HCF ir kt.), HCF nuostoliai žymiai sumažėjo: nuo maždaug 1,3 dB/km 2018 m. Iki maždaug 0,65 dB/km, o po to iki maždaug 0,28 dB/km iki 0,20. DB/km, o laboratoriniai prototipai pasiekė maždaug 0,11 dB/km. Trumpo duomenų centro jungtyse (dešimtys kilometrų) net 0,2–0,3 dB/km yra priimtina, taigi HCF yra artimas praktinių nuostolių paritete.
Sutrikimo etalonai:SMF (1550 nm) ≈0,16–0,2 dB/km; HCF (šiuo metu) ≲0,2–0,3 dB/km (taikinys ~ 0,1 dB/km).
Praktinis poveikis yra tas, kad tiesioginės HCF jungtys gali apimti atstumus, panašius į pavienių - režimo pluoštą (SMF), nereikalaujant kartotuvo stiprintuvų. Kadangi HCF vengia stiklo šerdies, likę jo nuostoliai pirmiausia atsiranda dėl nuotėkio ir paviršiaus išsibarstymo. Pažymėtina, kad „Rayleigh“ sklaida yra nereikšmingas ore, todėl galima dar labiau sumažinti nuostolius, naudojant patobulintas anti - rezonanso struktūras. Rezultatas yra tas, kad gerai - suprojektuotas HCF gali konkuruoti su įprastu optiniu pluoštu susilpnėjant, bent jau per trumpą ar vidutinį atstumą.
Vėlavimas (sklidimo vėlavimas)
Kadangi HCF veikia ore, jo efektyvus lūžio rodiklis yra artimas 1 (palyginti su maždaug 1,47 stiklinėje). Tai reiškia, kad HCF šviesa sklinda žymiai greičiau. Praktinėje taikyme HCF gali sumažinti sklidimo vėlavimą maždaug 30–50%. Pavyzdžiui, vieno - režimo pluošto (SMF) grupės vėlavimas yra maždaug 2,0 µs/km, o paskelbtų HCF projektų grupės vėlavimas yra maždaug 1,54 µs/km. Kitaip tariant, HCF jungties latentinis latentinis latentinis sąlyga sumažėja maždaug 31% už kilometrą. 2a paveikslai - b iliustruoja šį pagreičio efektą. (Pastaba: kai kurie šaltiniai rodo maždaug 47%greičio pagerėjimą, atsižvelgiant į konkretų lūžio rodiklio skirtumą.)
2 paveikslas:Tuščiavidurio greičio pranašumas - šerdies pluoštas. Tuščiaviduriai - šerdies HCF (dešinėje) šviesos impulsai sklinda maždaug 50% greičiau nei stikliniame - šerdyje SMF (kairėje). Tai sumažina grupės vėlavimą (latentinį) ilgio vienetui maždaug 30% iki 50%. Paveikslėlyje parodyta, kad HCF jungtis perduoda tuos pačius duomenis maždaug dviem - trečdžiais SMF jungties laiku. Tikrosiose - pasaulio programose 10 km HCF jungtis yra maždaug 15 µs (5 ns/m), o SMF jungties sklidimo uždelsimas yra maždaug 20 μs, todėl maždaug 5 μs pabaiga- iki- galutinio latencijos sutaupytų 5 µs. OFS matavimai patvirtina, kad HCF vėlavimas yra maždaug 1,54 µs/km, o SMF vėlavimas yra maždaug 2,24 µs/km (sumažėja maždaug 31%). Šis vėlavimo sumažinimas yra labai svarbus AI/HPC duomenų mainams ir aukštai - dažnio prekybai. Tiesą sakant, pramonės testai nuosekliai praneša apie maždaug 30%latencijos pagerėjimą. (Neseniai atliktame Madrido bandyme 1,386 km HCF jungtis sumažino apvalią - kelionės latentinį latenciją 4,287 µs, palyginti su SMF.) Santrauka: Santrauka: Santrauka:
Latentinis etalonas: SMF ≈2,0 µs/km; HCF ≈1,5–1,6 µs/km, tai reiškia maždaug 30–35%latentinį sumažėjimą.
Šis „šviesos greitis“ pranašumas leidžia duomenų centrus paskirstyti didesniais atstumais per tam tikrą delsos biudžetą. Panašiai viename duomenų centre ar miesteliu HCF nuorodos gali žymiai sumažinti apynių latenciją, padedant patenkinti sub - mikrosekundės pabaigą - į - paskirstytų AI traukinių pabaigos reikalavimus.
Dispersija ir netiesinis poveikis
HCF paveldi ypač mažą dispersiją. Kadangi dauguma šviesos yra ore, medžiagos dispersija (bangos ilgis - priklausomas stiklo lūžio rodiklio variantas) yra nereikšmingas. Kruopščiai suprojektuotas anti - rezonansinis HCF eksponuoja šalia - nulio dispersijos, esančios žemoje - nuostolių juostoje. Tai iš tikrųjų sumažina impulsų išplėtimą, pagerindamas pralaidumo - atstumo produktą. Panašiai poliarizacijos režimo dispersija (PMD) HCFS yra minimalus, o aplinkos veiksnių (temperatūros ir streso) poveikis yra minimalus. Palyginimui, SMF yra maždaug 17 ps/(nm · km) dispersija esant 1550 nm (su didesniais variacijomis visoje C/L juostoje), o PMD - aukštoje - optiniuose pluoštuose yra maždaug 0,05–0,2 ps/√km.
HCFS netiesiniai efektai (tokie kaip Kerr netiesiškumas, SPM/XPM ir keturi - bangos maišymas) yra keletas dydžių, silpnesnių. Efektyvus netiesinis koeficientas yra maždaug nuo 100 iki 1000 kartų mažesnis nei lygiavertis netiesinis silicio dioksido koeficientas. Tai reiškia, kad HCF gali palaikyti aukštesnes optines galias prieš įvykstant netiesiniams iškraipymams, o tai gali pagerinti spektrinį efektyvumą vienam kanalui arba supaprastinti moduliacijos formatus. Kaip pabrėžia kai kurie šalininkai, tai taip pat gali pagerinti saugumą (palengvina klausymą arba įšvirkšti pluoštus per skaidulą).
Apskritai HCF žymiai sumažina pralaidumo apribojimus ir netiesinius su dispersija susijusius apribojimus. Duomenų centrai gali naudoti platesnius bangos ilgius (už standartinės C - juostos), kad būtų pasiekta aukšta - talpos nuorodos, nereikia kompensuoti dispersijos. Daugelyje HCF dizainų yra platus „pirmojo antiesonancijos langas“, apimantis didžiąją dalį 1,5–1,6 μm juostos su plokščiu praradimu, o antrasis langas gali patekti į L - juostą ir net matomą juostą su mažesniu praradimu. Apskritai, HCF pralaidumo potencialas yra bent jau palyginamas su SMF, ypač kai svarstomas daugialypės terpės veikimas ir aukštos perdavimo galios.
Pralaidumas ir talpa
Didelis HCF greitis ir mažas netiesiškumas suteikia jam išskirtinį pajėgumą. Metaforiškai HCF yra tarsi greitesnis optinis pluoštas su platesnėmis juostomis: jis gali greičiau nešiotis daugiau „automobilių“ (bitų). 3 paveikslas (dešinėje) iliustruoja tai: HCF „super sunkvežimis“ gali turėti daugiau duomenų didesniu greičiu nei SMF „automobilis“. Praktiškai HCF pademonstravo ypač didelį bendrą duomenų perdavimo greitį laboratoriniuose eksperimentuose. Pavyzdžiui, eksperimentai pasiekė 800 GB/s ir 1,2 TB/s kanalų greitį, naudojant antiresonantą HCF, naudojant nuoseklaus bangos ilgio dalijimosi multipleksavimą (WDM). „Real - pasaulio tinkluose“ HCF palaikė 6 x 100 GB/s kanalus ir panašius daugialypius - bangos ilgio naudingus krovinius į vieną pluoštą.
3 paveikslas:Duomenų pralaidumo analogija. HCFGali būti prilyginamas greitesniam, aukštai - talpos „sunkvežimiui“, o SMF yra prilyginamas „automobiliui“. Tai atspindi didelio HCF pralaidumo (daugiau bangos ilgių/režimų, mažesnių iškraipymų) ir didesnio sklidimo greičio derinį. Skirtingai nuo SMF (kairėje), HCF vengia stiklo netiesiškumo ir gali naudoti platesnį spektrinį langą, leidžiantį duomenų perdavimo greičiui, viršijančiam terabitus/sekundę ant vieno pluošto.
Pagrindiniai HCF talpos taškai:
● Bangos ilgio diapazonas:HCF neapriboja silicio dioksido absorbcijos „vandens smailės“ ir SMF absorbcija UV. Nauji HCF dizainai gerai veikia nuo ~ 1200 nm iki ~ 1700 nm ir netgi matomi specializuotiems tipams.
● WDM kanalai:Ankstyvieji testai rodo HCF, nešiojantį dešimtis WDM kanalų (C+L juostą) su minimaliu netiesiniu skersiniu.
● Moduliacijos formatai:Kadangi netiesiškumas yra žemas, HCF gali lengviau nešti aukštą - užsakymo moduliaciją (pvz.
● bit - tarifai:Su nuosekliu aptikimu HCF turėtų palaikyti tą patį per - kanalo bitą - tarifai kaip SMF (100 gb/s+ per bangos ilgį); Ankstyvieji bandymai, esant 100–600 GB/s bangos ilgiui, pavyko.
Apibendrinant, HCF siūloBent jauTas pats potencialus pralaidumas kaip SMF ir daugialypėje - kanalo nuorodose dažnai gali viršyti jį per didesnę paleidimo galią ir mažesnį skersinį. Vienintelis įspėjimas yra tas, kad daugelis HCF tipų turi ribotą žemą - nuostolių langą, todėl pilnai pluošto C+L+U juostos naudojimui gali prireikti kelių pluoštų tipų arba optimizuotos dispersijos - inžinerinių dizainų.
Gaminimas ir praktiniai iššūkiai
Nors HCF fizika yra perspektyvi, išlieka keli inžineriniai iššūkiai:
● Sudėtingos ruošiniai:HCF ruošiniai (stiklo strypo struktūros) yra sudėtingos. Jiems reikia kelių kelis plonojo kapiliarinių vamzdžių sukrauti, o tai reikalauja aukšto - tikslaus gamybos ir valdymo. Dėl to dabartinis HCF yra ribotas. Mastelio gamyba iki dešimčių tūkstančių KM nuolatinės srovės pluošto jungčių užtruks daugiau plėtros ir naujų gamybos linijų.
THCF negali tiesiogiai sujungti su standartinėmis pluošto jungtimis. Taigi nutraukimuose naudojami trumpi įprasti SMF košės. Praktiškai pramonė naudoja HCF sintezės sujungimą SMF laikikliams LC/SC jungtyse. Pranešta, kad sujungimo nuostoliai svyruoja nuo ~ 0,5 dB (optimizuota) iki ~ 2,5 dB. Bet kuri jungtis/košė prideda ~ 0,5 dB. Šie papildomi nuostoliai (už ryšį) yra reikšmingi, palyginti su DC siųstuvų -imtuvo biudžetu. Žemas - praradimas HCF sujungimas ir naujos žemos - išlaidų jungčių sprendimai yra aktyvios R&D sritys.
● Bendravimo ir pakuotės jautrumas:HCF (ypač didelis - šerdies dizainas) yra jautresnis lenkimui ir mikro - lenkimas nei SMF. Sulaukimas sukelia nuostolius ir gali konvertuoti režimus. Norėdami tai sušvelninti, HCF kabeliai naudoja laisvus - vamzdžių arba juostelių konstrukciją su dideliais lenkimo spinduliais. Norint išvengti įtempimo montavimo metu, reikia ypatingo dėmesio. Laboratoriniuose bandymuose HCF ant standžių ritinių parodė priimtiną elgesį, tačiau tikrasis kabelių (esant minimaliam trikdymui) iš tikrųjų gali padidinti aukštesnį - užsakymo režimo trukdymą, nebent suprojektuota su režimo filtrais. OF ir kiti pridėjo „šunto“ struktūras, kad sąmoningai pašalintų aukštesnę - užsakymo režimus ir slopintų modalinę dispersiją.
● Suskaidymo ir pluošto praradimas:Rekordiniai maži nuostoliai (≪0,2 dB/km) buvo išmatuoti „Bare“ HCF grandinėse. Kabelių, sujungimo ir aplinkos veiksniai (užterštumas, drėgmė) paprastai padidina nuostolius. Pavyzdžiui, OFS pranešė, kad jų HCF kabeliai pridėjo ~ 0,1–0,7 db/km praradimo C - juostoje. Taigi tikras - pasaulio dislokuotas nuostolis gali būti ~ 0,3–0,5 dB/km, kol procesas subręs.
● Kaina ir prieinamumas:Kaip pažymėjo pramonės ekspertai, HCF šiuo metu turi kainos priemoką. Ankstyvas diegimas (pvz. Norėdami tapti pagrindiniais DC sujungimuose, gamybos apimtys turi didėti ir mažėti medžiagų išlaidos. Keletas naujų įmonių (reliatyvumo tinklų, liumenizacijos, „Silenfiber“ ir kt.) Sukuria HCF gamybą su rizikos kapitalo finansavimu ir įsigijimais.
Apibendrinant,Praktinės HCF nuorodosŠiandien gali reikėti kruopštaus tvarkymo: suliejimo sujungtos jungtys, didelės laisvos kilpos ir specializuoti kabeliai. Pramonė aktyviai kuria standartus ir geriausią praktiką. Pvz., OFS Accucore ™ kabeliai dabar siūlomi HCF su standartiniais formos veiksniais. Tačiau kiekviena HCF nuoroda vis dar patiria maždaug 0,5–3 dB papildomų nuostolių už kabelius/sujungimus, riboja pasiekiamumą ir reikalauja energijos biudžeto sudarymo.
Bandymai ir prototipai „DataCenter“ nustatymuose
HCF jau persikelia iš laboratorijos į realius tinklus. Naujausi lauko bandymai ir bandomieji diegimai rodo perspektyvius rezultatus:
● DC - į - DC nuorodos:2024 m. Vasario mėn. Ispanijos operatorė Lyntia kartu su „Nokia“, OFS|„Furukawa“ ir „Digital Realty“, norėdamas įdiegti tuščiavidurią - pagrindinį kabelį tarp POP ir Madrido duomenų centro. Virš 1,386 km HCF jungties jie pasiekė apvalią - kelionės latentinį mažinimą287 µs (>30%), palyginti su SMF, tuo pačiu nešdami 600 GB/s vienu bangos ilgiu. Šis tikras - pasaulio testas naudojo nuoseklius atsakiklius, esant 100 GB/s už λ. Tyrimas patvirtino, kad HCF gali būti suskirstytas į esamą infrastruktūrą (OFS Accucore® kabelį) su standartine nuoseklia pavara, atidarant duris DC sujungimams.
● Trumpas - pasiekti nuorodas:„OFS Labs“ pademonstravo 3,1 km HCF jungtį, kurioje prekybos tinklams buvo 10 GB/s DWDM srautas (10 bangos ilgių). Tai buvo pirmoji sujungta HCF transmisija, rodanti bitą - klaidą - nemokamai 10 GB/s per pluošto+laidą su 31% latentinio sumažinimu. Panašiai „Nokia“/„Bell Labs“ išbandė HCF esant 800–1200 GB/s agregatui (8 × 100 GB/s) laboratorijos sąrankose.
● Finansiniai ir prekybos tinklai:HCF latentinis taupymas pritraukė aukštą - dažnio prekybos (HFT) Naudokite - atvejus. 2021 m. „Lumenisity“ (dabar „Nokia“ dalis) ir „Eunetworks“ įdiegė tuščiavidurius - pagrindines nuorodas, kad sujungtų Londono vertybinių popierių biržą. Naudojant HCF paskutinei - mylios iki prekybos vietų, mikrosekundės latencijos sumažėja. Tokie diegimai žymi kai kuriuos pirmuosius komercinius HCF naudojimo būdus. (BT ir kiti taip pat pilotuoja HCF mobiliesiems ir saugiems tinklams, nors tai yra už DC.)
● AI/HPC duomenų mainai:Nors viešieji duomenys yra riboti, pagrindiniai debesų tiekėjai tiria HCF. „Microsoft Azure“ suformavo komandą (buvusią „Lumenisity“) prie HCF ryšių tarp duomenų centrų prototipų. Reliatyvumo tinklai (JAV pradžia - UP) kuria HCF specialiai AI duomenų centro audiniams. Šiomis pastangomis siekiama išnaudoti HCF greitį, kad būtų palengvintos latentinės kliūtys paskirstytame AI treniruotėse. Nors šios iniciatyvos dar anksti, pabrėžia technologijos potencialą hiperscale ir HPC aplinkoje.
Visuose šiuose bandymuose,Spektakliai atitiko lūkesčius: reikšmingi latentinio kritimai (paprastai ~ 30%) ir daugialypės - šimto - GBPS talpos trumpose nuorodose. Tačiau nė vienas iš šių bandymų dar neišlaiko šimtų km HCF - tai tebėra būsimas darbas. Kol kas HCF geriausiai tinka metro - skalei arba vidiniam - duomenų centro nuorodoms (iki ~ 10–20 km), kur jo pranašumai šviečia nereikalaujant aktyvių kartotuvų.
„Outlook“: AI/HPC ir „Future Datacenter“ tinklai
Paspauskite link AI ir ultra - greito HPC padidina ultra - žemo - latentinio, ultra - {{4-} juostos juostos paklausą. HCF yra unikalios padėties, kad patenkintų šiuos poreikius. Sumažinus ryšio vėlavimą ~ 30% už km, HCF leidžia DC operatoriams ištempti geografinę aprėptį: analizės rodo, kad duomenų centruose galima būti 1,5 x toliau nuo to paties vėlavimo. Šis „geografinis lankstumas“ gali būti labai svarbus, nes AI klasteriai apima kelias vietas. Panašiai duomenų centre HCF gali sumažinti inter - stelažą ir inter - pod latencijas, tiekdamas didelius modelius su minimaliu duomenų perdavimo atsilikimu.
Be neapdoroto greičio, žemas HCF netiesiškumas ir platus spektro palaikymas reiškia, kad būsimi siųstuvų siųstuvai gali padidinti duomenų perdavimo spartą dar didesnį. Kartu su pažangiomis moduliacijos ir lygiagrečių pluošto schemomis (pvz. Teikėjai įsivaizduoja, kad HCF neša terabit - už - antrą srautą per sruogą per ateinantį dešimtmetį, tenkindami AI lustų Exascale I/O poreikius.
Pramonė atkreipia dėmesį. Pagrindiniai „Cloud/HPC“ žaidėjai („Microsoft“, „Google“, „Meta“) finansavo HCF mokslinius tyrimus ir plėtrą arba įsigijimus, o pradedančiuosius (reliatyvumas, liumeniziškumas) užsitikrino milijonus įmonių ir vyriausybės palaikymo. Standartų įstaigos ir konsorciumai pradeda įtraukti HCF į būsimus tinklo planus. Nors išlieka daug neaiškumų (kaina, patikimumas, integracija), tendencija yra aiški: HCF eina į priekį, kad taptų pagrindiniu kito -} kartos žemos - latentinio latentinio bloku, aukštu - talpos duomenų centro tinklais.
Apibendrinant, tuščiaviduriai - Core Pliber yra įtikinama duomenų - centro optika. Keisdamas stiklą orui, jis sumažina nuostolius ir latenciją, išplėsdamas pralaidumą ir linijiškumą. Ankstyvieji bandymai įrodo jo gyvybingumą, o nuolatiniai pokyčiai greitai įveikia praktines kliūtis. AI ir HPC diegimams, reikalaujantiems „šviesos - greičio“ tinklo, HCF siūlo neprilygstamą kelią į priekį - su sąlyga, kad gali būti išspręstos likusios inžinerijos ir išlaidų iššūkiai.
