У сучасному світі вибухонебезпечного зростання даних глобальне генерування даних в секунду перевищило 500, 000 gb, натискаючи на традиційні одноядерні можливості передачі волокон, близькі до межі Шеннона. Багатоядерне волокно (MCF), інтегруючи декілька незалежних каналів передачі в один волокно, перетворює "однополиву дорогу" в "тривимірну розв'язку Cloverleaf", що виникає як ключова технологія, яка пробиває вузькі місця. Ця стаття представляє таємниці цієї революційної технології за допомогою трьох вимірів: технічні характеристики, основні переваги та типові сценарії застосування.
I. Основні особливості багатоядерного волокна
Threy-мірна просторова мультиплексна архітектура
Багатоядерні волокна розташовують кілька незалежних ядер (як правило, 4–19) у стандартному діаметрі облицювання 125 мкм. Наприклад, семиядерне волокно приймає гексагональну структуру, що закривається, стискаючи відстань до центру до 30 мкм (еквівалентно одній третини діаметра людського волосся), що досягає збільшення 5–10x в щільності ядра порівняно з традиційними волоконами.
Technology Space Division Multiplexing (SDM)
Розподіляючи канали передачі вздовж Spatial Domension, кожне ядро незалежно містить чіткі сигнали. У поєднанні з мультиплексуванням mode (підтримуючи кілька оптичних режимів на ядро) та мультиплексування дивізії довжини хвилі (розширення смуги C+L), це створює "простір × режим × довжина хвилі" тривимірна система мультиплексування, теоретично підвищення здатності на 100x.
Ultra-Low Crosstalk Design
Використовується структура, що підтримує trench: Trench, що проводяться між ядрами з глибинами 2–5 мкм та показником заломлення, нижчим, ніж обшивка. У поєднанні з гетерогенними макетами ядра (різними діаметром ядра/профілями індексу заломлення), це пригнічує сусідній ядровий перехрестя до -50 db/km або нижче (еквівалентно витоку сигналу менше, ніж 0. 001%).
Інттелентна сумісність
Безшовна інтеграція з одноядерними волоконними системами увімкнена за допомогою пристроїв fan-In/Fan-Out (FIFO), досягнення ефективного з'єднання між багатоядерними та одноядерними волоконними масивом із втратою вставки, керованими нижче 0.
Ii. Основні переваги багатоядерного волокна
|
Comparison Metric |
Traditional Over Core волокно |
Multi-Core волокно |
Розолі |
|
Трансмісія |
40 ТБП на канал |
7 ядрів × 3 режими × 80 довжин хвиль=1. 68 PBPS |
42x |
|
Core використання |
Одноточкова передача |
Просторова паралельна передача |
8x Вища ефективність області |
|
System Entument енергії |
3,5 Вт за ТБП |
1,2 Вт за ТБП |
66% зменшення |
|
Вартість розгортання |
Вимагає декількох волокон |
Одне волокно замінює кілька |
70% економія |
Techniventsements:
Обчислення межі Шеннона: розширення здатності через просторові розміри, при цьому експериментальні записи досягли 10,66 PBPS (еквівалентно передачі глобальних голосових дзвінків на один рік).
Space Efficity: зменшує кількість волокон у стелажах центрів обробки даних на 80%, що полегшує перевантаження кабелів.
Значна надійність: притаманна Channel надмірність від незалежної багатоядерної передачі забезпечує доступність системи 99,9999%.
Iii. Типові сценарії застосування
1. Hyperscale Data Centers
Challenge: Обчислювальні кластери AI вимагають взаємозв'язку затримки на рівні Мікросекунд на десятках тисяч графічних процесорів, з традиційними волоконними кабелем, що досягають Kilometers на стійку.
Solution: Семиядерні волокна дозволяють all-Optical Backlember Networks, підтримуючи 256 GPU на волокно. Результати тестів:
Затримка сервера до сервера зменшена від 3,5 мкс до 0. 8 мкс
Вага кабелю зменшилася на 62%, споживання енергії охолодження знизилося на 45%
Case дослідження: Глобальний постачальник хмарних хмар розгорнув MCF у своєму Токійському центрі обробки даних, прискорюючи навчання моделі AI за 4.3x.
2. Транкоеанські підводні кабельні системи
Пропозиція ЗАВДАННЯ: Одиночні кабелі MCF замінюють традиційні пучки з багатоконтрольними, підвищуючи надійність та зниження витрат на розгортання.
Innovations:
Семядерний підводний кабель Hengtong Fiber-витримує сили на розтяг до 100 KN і надійно працює на 8, 000- глибина метра протягом 25 років.
Інтегроване розподілено зондування волокон моніторинг землетрусів на морському дні ({{0}}. 1 мкм точності) та коливання температури (± 0,05 градусів).
Commercial Decoverment: Система підводних човнів наступного покоління Asia-America використовує MCF, досягнувши 800 ТБП на волоконну здатність з 35% нижчими витратами на будівництво.
3. 6G Мобільні мережі Fronthaul
6g вимоги : терагерц (0.
Solutions:
Hollow-Core McF: досягає 0. 2 дБ/м ультра-низька втрата в діапазонах ТГ.
Orbital Angular Immotum (OAM) мультиплексування: дозволяє 12 режимів OAM на ядро, підвищуючи спектральну ефективність до 256 біт/с/hz.
Поле Тести: У пробній мережі Purple Mountain Laboratory 6G MCF успішно перенесла передача бездротового сигналу 1 TBPS з швидкістю помилок бітової помилки нижче 1e -15 .
4. Квантові мережі комунікаційних мереж
Onique Advantage: MCF Незалежно від ізоляції квантових та класичних каналів, вирішуючи проблеми перешкод спільного клітковини.
Performance:
Коефіцієнт помилок квантового біт (QBER)<0.6%
Швидкість генерації ключів збільшилася до 15 kbps@500 км
National Project: Китайська модернізація "Пекін-Шанхайська кванта-мережа" зменшила реле
Iv. Майбутній світогляд: від "багатоядерного" до "інтелектуального ядра"
З прогресом у фотонічній інтеграції 3D та оптичних мереж, що надаються ai, MCF розвивається до:
Multi-мірна мультиплексування: поєднання станів oam та polarrization з існуючими 7- ядровими конструкціями для націлювання 100 pbps на волокно.
Metworks Self-Sensing: Вбудовані датчики волокна для моніторингу напруги, температури та деформації в режимі реального часу, створення розумної інфраструктури "передача + зондування".
Green Energy Breakthrings: Використання щільності MCF для досягнення енергоефективності 1 ТБП/В., Підтримуючи цілі вуглецю.
Conclusion: переосмислення розмірів оптичного спілкування
Багатоядерне волокно являє собою не просто технологічний прорив, а зміну парадигми в використанні просторових розмірів. Від морських дон до хмарної інфраструктури, і від класичного до квантового комунікації, MCF переосмислює фізичні межі оптичних мереж. Оскільки Китай лідирує в міжнародних стандартах (11 стандартів МСЕ/IEC) та основних технологій (наприклад, 30 мкм контрольних інтервалів), MCF буде лежати в основі інфраструктури наступного покоління для 6G, метаверс та обчислювальних мереж. У цій подорожі до "розширення потужностей через космос" кожне волокно вплітає більш взаємопов'язане тривимірне цифрове майбутнє.
References
ITU-T G.654.3: багатоядерні характеристики оптичного волокна
Хенгтонг волокно. Білка книга з мультиплексування космічного поділу, 2023.
Природа фотоніки. "10.66 Pb/s передача за допомогою багатоядерного волокна", 2022.