دانش

در دنیای رشد داده های انفجاری امروز ، تولید داده های جهانی در هر ثانیه از 500 000 gb‌ فراتر رفته است ، و ظرفیت های انتقال فیبر تک هسته ای سنتی را نزدیک به حد شانون فشار می دهد. فیبر چند هسته ای (MCF) ، با ادغام چندین کانال انتقال مستقل در یک فیبر واحد ، "جاده تک لاین" را به "مبادله شبدر شبانه" سه بعدی تبدیل می کند ، که به عنوان یک فناوری کلیدی برای شکستن تنگناهای ظرفیت ظاهر می شود. این مقاله از اسرار این فناوری انقلابی از طریق سه بعد پرده برداری می کند: خصوصیات فنی ، مزایای اصلی و سناریوهای کاربردی معمولی.

‌i ویژگی های اصلی فیبر چند هسته ای

strchitecture Multiplexing مکانی دو بعدی-
الیاف چند هسته ای چندین هسته مستقل (به طور معمول 4-19) را در یک قطر روکش استاندارد 125 میکرومتر ‌ ترتیب می دهند. به عنوان مثال ، یک فیبر هفت هسته ای یک ساختار نزدیک بسته بندی شده ‌hexagonal را اتخاذ می کند ، و فاصله مرکز به مرکز را به 30 میکرومتر (معادل یک سوم قطر موهای انسان) فشرده می کند ، و دستیابی به افزایش 5-10 برابر در چگالی هسته در مقایسه با فیبر سنتی.

‌ Space Division Multiplexing (SDM) فناوری
با تقسیم کانال های انتقال در امتداد ابعاد ‌ spatial ، هر هسته به طور مستقل دارای سیگنال های مشخصی است. همراه با ‌mode multiplexing‌ (پشتیبانی از چندین حالت نوری در هر هسته) و ‌ موج تقسیم طول (گسترش باند C+L) ، این یک سیستم چند برابر سه بعدی "فضای × حالت × طول موج" ایجاد می کند ، از لحاظ تئوری افزایش می یابد.

‌ultra-low طراحی متقاطع
ساختار با کمک trench به کار گرفته می شود: سنگرهای حلقوی بین هسته با عمق ‌2-5 میکرومتر و یک ضریب شکست پایین تر از روکش. همراه با چیدمان هسته ‌heterogeneous (مشخصات مختلف قطر هسته/پروفایل ضریب شکست) ، این سرکوب Crosstalk هسته مجاور {{3} db/km یا پایین (معادل نشت سیگنال کمتر از 4 {4}. 001 ٪).

سازگاری با هوشمندی ‌
ادغام یکپارچه با سیستم های فیبر تک هسته ای از طریق دستگاه های ‌fan-in/fan-out (FIFO) فعال می شود ، و دستیابی به اتصال کارآمد بین آرایه های فیبر چند هسته ای و تک هسته ای با درج کنترل شده در زیر ‌ {5 {5}. 3 dB‌ ، تضمین سازگاری با تجهیزات ارتباطی نوری موجود.

‌ii مزایای اصلی فیبر چند هسته ای

مزایای فنی: ‌

- شکستن محدوده شانون: گسترش ظرفیت از طریق ابعاد مکانی ، با سوابق تجربی به 10.66 pbps‌ رسیده است (معادل انتقال یک سال از تماس های صوتی جهانی در یک ثانیه).

‌pace راندمان فضایی: تعداد فیبر را در قفسه های مرکز داده با 80 ‌ ‌ کاهش می دهد ، و احتقان کابل را کاهش می دهد.

قابلیت اطمینان افزایش یافته ‌: افزونگی ذاتی ‌CHANNEL از انتقال چند هسته ای مستقل ، در دسترس بودن سیستم 99.9999 ٪ ‌ را تضمین می کند.

‌III. سناریوهای کاربردی معمولی

‌1 مراکز داده HyperScale

"Challenge‌: خوشه های محاسباتی AI نیاز به اتصال تأخیر در سطح میکروسکوند-در ده ها هزار GPU ، با کابل کشی فیبر سنتی به ‌kilometers در هر قفسه می رسد.

‌Solution‌: الیاف هفت هسته ای شبکه های پشتی نوری را فعال می کنند ، و از GPU های 255 ‌ در هر فیبر پشتیبانی می کنند. نتایج آزمون:

تأخیر سرور به سرور از 3.5 میکرومتر به {4}}. 8 میکرومتر کاهش یافته است

وزن کابل 62 ٪ کاهش یافته است ، مصرف انرژی خنک کننده 45 ٪ کاهش یافته است

studience مطالعه: یک ارائه دهنده ابر جهانی MCF را در مرکز داده توکیو مستقر کرد و آموزش مدل AI را با سرعت 4/4 تسریع کرد.

2 سیستم های کابل زیردریایی ترانس اقیانوس

proposition Proposition‌: کابل های MCF منفرد جایگزین بسته های سنتی چند فیبر ، افزایش قابلیت اطمینان و کاهش هزینه های استقرار.

innovations‌:

فیبر Hengtong ‌double-Armored هفت هسته ای زیر دریایی کابل ‌ در برابر نیروهای کششی تا 100 kn kn مقاومت می کند و به مدت 25 سال به طور قابل اعتماد در 8 ، 4 {4} متر فعالیت می کند.

یکپارچه ‌distributed Fiber Sensing‌ زمین لرزه های دریا ({{0}}}. 1 με دقت) و نوسانات دما (0.05 درجه) را کنترل می کند.

‌ استقرار محرکی: سیستم زیر دریایی بعدی آسیا-آمریکایی از MCF استفاده می کند ، و با دستیابی به پهنای باند در هر فیبر با 35 ‌ 35 ٪ هزینه های ساخت و ساز دست پیدا می کند.

‌3 6G Mobile Fronthaul Networks‌

‌6g الزامات ‌: Terahertz ({1}}}} 1-10 THz) تراکم ایستگاه پایه به 10-100 در هر کیلومتر رسیده می رسد ، و خواستار فراتر از ظرفیت فوق العاده بالا است.

‌solutions‌:

‌hollow-core mcf‌: achieves ‌ 0. 2 db/m از دست دادن فوق العاده کم در گروههای THZ.

momentum angular ‌orbital (OAM) Multiplexing‌: 12 حالت OAM را در هر هسته فعال می کند و باعث افزایش راندمان طیفی به 256 بیت/ثانیه/هرتز می شود.

‌field tests‌: در شبکه آزمایشی 6G آزمایشگاه Purple Mountain ، MCF با موفقیت ‌1 TBPS انتقال سیگنال بی سیم را با سرعت خطای کمی در زیر ‌1e {3}} انجام داد.

‌4 شبکه های ستون فقرات ارتباطی کوانتومی ‌

‌onique Advantage‌: MCF-به طور غیرقانونی کانال های کوانتومی و کلاسیک را جدا می کند ، و چالش های تداخل فیبر را حل می کند.

‌performance‌:

میزان خطای بیت کوانتومی (Qber)<0.6%

نرخ تولید کلیدی به 15 kbps@500 کیلومتر افزایش یافته است

‌ Project National ‌: "شبکه کوانتومی پکن-شانگهای" چین به روزرسانی گره های رله را با 40 ٪ ‌ کاهش داده و بازده توزیع کلیدی را با استفاده از MCF 300 ٪ بهبود بخشید.

‌iv چشم انداز آینده: از "چند هسته ای" تا "هسته هوشمند"

MCF با پیشرفت در ادغام فوتونیک 3D ‌ و شبکه های نوری با قدرت ‌ai ، به سمت: در حال تحول است:

multiplexing multiplexing ‌multi: ترکیب ‌oam‌ و ‌polarization حالت با طرح های اصلی {1}} موجود برای هدف قرار دادن ‌100 pbps در هر فیبر.

networks شبکه های حساس: سنسورهای فیبر جاسازی شده برای استرس ، دما و تغییر شکل در زمان واقعی ، ایجاد زیرساخت های هوشمند "انتقال + سنجش".

Green Breakhroughs ‌ Green: اعمال تراکم MCF برای دستیابی به ‌ 1 TBPS/W با بهره وری انرژی ، پشتیبانی از اهداف بی طرفی کربن.

concclusion: تعریف مجدد ابعاد ارتباطات نوری

فیبر چند هسته ای نه تنها یک پیشرفت فناوری بلکه یک تغییر پارادایم در استفاده از ابعاد مکانی است. از بسترهای دریایی گرفته تا زیرساخت های ابری و از ارتباطات کلاسیک تا کوانتومی ، MCF در حال تعریف مجدد مرزهای فیزیکی شبکه های نوری است. با پیشرو چین در استانداردهای بین المللی (11 استاندارد ITU/IEC) و فن آوری های اصلی (به عنوان مثال ، کنترل فاصله هسته 30 میکرومتر) ، MCF زیرساخت های نسل بعدی را برای 6G ، متاور و شبکه های محاسباتی پایه گذاری می کند. در این سفر به "گسترش ظرفیت از طریق فضا" ، هر فیبر در آینده دیجیتال سه بعدی بهم پیوسته تر بافندگی می کند.

references‌

ITU-T G.654.3: ویژگی های فیبر نوری چند هسته ای

فیبر Hengtong. فن آوری چند فلکس سازی تقسیم فضایی ، کاغذ سفید ، 2023.

فوتونیک طبیعت. "10.66 PB/S انتقال با استفاده از فیبر چند هسته ای" ، 2022.