Ljósleiðarar mynda nýsköpun: Í átt að minni leynd og meiri þéttleika

Ljósleiðarinn í dag er nú þegar ótrúlegur árangur í verkfræði. Ímyndaðu þér, einn-þráður ljósleiðari sem lagður var á botn Kyrrahafsins fyrir meira en 20 árum getur nú borið umferðarmagn upp á 1,2 Tbps, en styttri línur geta jafnvel borið allt að 1,6 Tbps. Nú er verið að uppfæra ljósleiðara-til--heimilisþjónustunnar um 100 Mbps hraða í upphafi þessarar aldar í 25G og 50G óvirk ljósnet og mun styðja 200G PON í næstu uppfærslulotu. Ljósleiðarar veita stöðugt vaxandi hraða með lægri kostnaði, með minni leynd og á mjög áreiðanlegan, öflugan og öruggan hátt.

 

CableLabs telur að ljósleiðararnir sem nú eru „uppsettir í jörðu“ gætu stutt allt að 50.000 Gbps á einhverjum tímapunkti í framtíðinni, en nú á dögum vonast mikill fjöldi notenda til að hækka notagildi, þéttleika og afköst ljósleiðara í nýjar hæðir.

 

Minni-ljósleiðaravalkostir

 

Sem stendur eru margar leiðir til að auka ljósleiðaratækni sem þróast hljóðlega. Ein af leiðunum er að gera líkamlega stærð ljósleiðara minni. Hinn hefðbundni einfaldur-ljósleiðari er 242 míkrómetrar í þvermál, sem er nú þegar mjög lítill. Aftur á móti er þvermál mannshárs um það bil 50 til 100 míkrómetrar.

 

Nú á dögum eru fyrirtæki eins og Corning nú þegar fær um að útvega einstrengja ljósleiðara með 200 míkrómetra þvermál. Þessi minniháttar breyting getur fljótt haft veruleg áhrif. Allt frá íbúðarhúsnæði til fyrirtækjaforrita, smærri stærð er alltaf betri vegna þess að hún gerir uppsetningaraðilum kleift að leggja fleiri ljósleiðara á fleiri staði, fjölga ljósleiðurum í -þéttum leiðslum, draga úr álagi á loftdreifingu og gera það auðveldara fyrir þegar varkár ljósleiðaravæðing að komast inn á skrifstofur og fjöl-heimiliseiningar.

 

Svæðið þar sem ljósleiðarar með minni þvermál skína sannarlega er í gervigreindarmiðstöðvum. Sú mikla-þéttleiki sem þarf til að byggja upp næstu kynslóð gervigreindar gerir hvern rúmtommu af plássi dýrmætan, þar sem rekki, netþjónar og vaxandi fjöldi einstakra flísa þurfa allir sínar sérstakar samskiptarásir.

 

Eini gallinn við ljósleiðara með litlum-þvermáli er að það þarf að tengja þá við núverandi stóra-ljósleiðara í þvermál. Til þess þarf nokkur sérhæfð verkfæri og ljósleiðaratæknir þurfa að fá viðeigandi rekstrarþjálfun, en þetta er ekki mikil áskorun.

 

Uppgangur holra ljósleiðara og fjöl-ljósleiðara

 

Hollow core fiber (HCF) táknar næsta stóra framfarir í trefjamiðlum, leiða leysigeisla í gegnum loft eða lofttæmi frekar en gler. Í stuttu máli má segja að flutningshraði ljóss í gleri sé hægari en í holum pípum (bylgjuleiðurum) og gler takmarkar einnig fjölda ljóstíðna sem eru tiltækar fyrir gagnaflutning. Ef ljósleiðarar með einum-stillingu eru bornir saman við venjulegar hraðbrautir, þá eru holir-ljósleiðarar eins og hraðbrautir. Þeir geta dregið úr leynd, aukið núverandi sendingarfjarlægð og hafa möguleika á að auka hraðann enn frekar í framtíðinni.

Með því að nota hola ljósleiðara er hægt að auka flutningshraðann um 47% og draga úr leyndinni um 33%. Ennfremur þýðir minna merkjatap að færri endurtekninga er þörf innan ákveðinnar fjarlægðar, sem þýðir minni orkunotkun. Undanfarin fimm ár hefur upphafsmagn HCF verið framleitt og notað til að draga úr leynd milli stuttra-skrifstofa eða gagnavera. Á sama tíma hafa framleiðendur stöðugt verið að bæta þennan miðil til að auka tapeiginleika hans, sem gerir það að verkum að hann nái eða fer yfir stigi hefðbundinna ljósleiðara.

 

Árið 2022 keypti Microsoft Lumenisity, framleiðanda holra-kjarna trefja. Fyrirtækið byrjaði síðan að framleiða hol-kjarna trefjar í Bretlandi og þróaði frekari rannsóknir á HCF. Á síðasta ári tilkynnti fyrirtækið að það myndi dreifa 15.000 kílómetrum af holum trefjum í Azure gagnaverakerfi sínu innan tveggja ára til að styðja við tengingarkröfur gervigreindar. Á þessu ári tilkynnti Microsoft að það hafi þróað holur-kjarna ljósleiðarar með betri tapeiginleikum en hefðbundnir ljósleiðarar, sem í raun opnar dyrnar að stórframleiðslu-.

 

En þetta hætti ekki. Seint í september 2025 tilkynnti Microsoft að það væri í samstarfi við Corning og Heraeus Covantics um að koma á frekari „iðnaðarframleiðslu á holtrefjum í-mælikvarða til að mæta eftirspurn eftir þessu efni í gagnaverum sínum. Við getum búist við því að aðrir ljósleiðaraframleiðendur fari að auka framleiðslu sína á holum-ljósleiðara og efla notkun þessa miðils í gagnaverum og öðrum forritum.

 

Það er öruggt að enn er mikið verk óunnið til að koma holum-ljóstrefjum í almenna strauminn. Þetta krefst þess að rækta hóp ljósleiðaratæknimanna sem eru vandvirkir í notkun og skeytingahæfileika þessa miðils, móta ný verkfæri og staðla og vega kosti og galla þess að nota staðlaða ljósleiðara á móti betri-afköstum en dýrari holu-kjarna ljósleiðara. Microsoft er í samstarfi við Corning og Heraeus um öll þessi mál sem hluti af viðleitni sinni til að byggja upp staðlað alþjóðlegt vistkerfi til að styðja við stóra-uppsetningu holra-kjarna trefja í rekstrarumhverfi.

 

Holir ljósleiðarar hafa einnig mikla þýðingu fyrir skammtafræði. Þeir geta lengt sendingarfjarlægð qubits án þess að þörf sé á viðbótartækjum eins og beinum eða endurteknum, sem eru ekki til í skammtakerfi. Þegar slík tæki eru búin til verður stofnkostnaður þeirra hærri en núverandi nettækja. Holir-ljósleiðarar ættu að geta dregið úr eftirspurn eftir skammtakerfisbúnaði í framtíðinni, þannig að spara peninga og flýta fyrir dreifingartíma.

 

Fjölkjarna trefjar (MCF) er þriðja leiðin fyrir ljósleiðara til að búa til meiri bandbreidd. Það setur marga ljósleiðarakjarna í einn ljósleiðara, sem gerir kleift að senda fleiri merki samtímis eftir einum trefjum. Fjöl-ljósleiðarar auka trefjarþéttleika og bandbreidd. Framleiðendur eins og Lightera og Sumitomo Electric vinna að því að bæta þau og markaðssetja þau til víðtækrar notkunar.

Það hafa þegar verið nokkrar mjög merkilegar sýningar á fjöl-kjarnatækni. Fyrr á þessu ári tilkynntu Sumitomo og National Institute of Information and Communications Technology í Japan heimsmet. Þeir notuðu 19- ljósleiðara til að senda yfir 1PB á sekúndu af gögnum yfir meira en 1.800 kílómetra vegalengd (jafngildir fjarlægðinni frá Missouri til Montana). Nær dreifingunni er að Lightera sendir sýnishorn af fjölkjarna ljósleiðaralausnum til valinna viðskiptavina og hefur sýnt fram á getu sína til að framleiða ljósleiðara á bilinu 4 til 8 kjarna.

 

Fjölkjarna ljósleiðarar hafa fjölbreytt úrval af forritum, þar á meðal kafbáta- og landtengingar, sem og há-þéttleika, há-hraðatengingar milli rofa, netþjóna og geymslutækja í gagnaverforritum. Lightera hefur sýnt fram á getu sína til að styðja við 8-fjölkjarna trefjar- við 800 Gbps í skammdrægum forritum og 4 kjarna fjölkjarna trefjum við 400 Gbps yfir 10 kílómetra fjarlægð.

 

Hins vegar, eins og holir-ljósleiðarar, standa fjöl-ljósleiðarar einnig frammi fyrir sínum eigin áskorunum. Þó að það sé vinnuhópur fyrir fjöl-trefja innan Advanced Photonics Coalition, hafa þeir ekki enn sett staðla varðandi grunneiginleika eins og fjölda kjarna, kjarnaskipulag og þvermál klæðningar, sem gerir núverandi sviðsuppsetningu hvers fjöl-kjarna trefja sérsniðið verkefni. Smíða þarf sérstök verkfæri fyrir fjöl-kjarna, sérstaklega til að tryggja að hægt sé að skeyta þau hratt, með litlu tapi og miklum styrk. Að lokum vantar einnig vel-þjálfaða fjöl-ljósleiðaratæknimenn og það er best fyrir þá að fylgja og hlíta settum stöðlum.

 

Þrátt fyrir þetta, eftir því sem fjöl-þræðir þroskast, munu þeir halda í við staðlaða trefjar og holur-kjarnaþræðir, sem bjóða upp á fleiri netvalkosti fyrir gagnaver, ofmetraveitur, skýja- og þjónustuveitur og fyrirtæki. Kannski er það -framsýnasta athugun sem ég get boðið upp á að netkerfisskipuleggjendur ættu að íhuga vandlega framtíðarjafnvægið á milli ljósleiðaranna sem eru notaðar og tiltækra leiðslna, til að geta kynnt nýjar lausnir þegar viðskiptavinir þurfa á þeim að halda (svo sem holir eða fjöl-ljósleiðarar).

Hefðbundnir einstrengja ljósleiðarar hverfa ekki, en það er alltaf gott að þeir geti boðið upp á valkosti fyrir háþróaða notendur sem sækjast eftir minni leynd, meiri þéttleika og/eða meiri bandbreidd.