Nowa technologia światłowodowa może przyspieszyć wymianę danych między odległymi centrami obliczeniowymi. Chińscy naukowcy przeprowadzili test transmisji na dystansie ponad 1000 km, osiągając przepustowość 64 Tb/s w każdym kierunku i wyraźnie ograniczając opóźnienia.
Tradycyjne światłowody wykorzystują rdzeń wykonany ze szkła, w którym rozchodzi się światło. Chiński zespół badawczy przetestował alternatywne rozwiązanie, w którym szklany rdzeń zastąpiono wypełnionym powietrzem kanałem. Dzięki temu sygnał może przemieszczać się szybciej, z prędkością zbliżoną do tej osiąganej w próżni.
Wspólny eksperyment przeprowadziły China Telecom Research Institute, producent światłowodów Yangtze Optical Fibre and Cable (YOFC) oraz firma telekomunikacyjna ZTE. Jak poinformował China Telecom 2 listopada, zespołowi udało się uzyskać dwukierunkową transmisję danych z przepustowością 64 Tb/s w każdym kierunku na dystansie 1007,5 km.
30 proc. krótszy czas transmisji
Jednym z najważniejszych rezultatów testu jest ograniczenie opóźnień. Według przedstawionych danych przesłanie sygnału na dystansie 1000 km zajmowało około 3,4 ms w jedną stronę. W przypadku tradycyjnego światłowodu ze szklanym rdzeniem było to około 5 ms.
Łączna przepustowość w obu kierunkach wyniosła 128 Tb/s. Autorzy eksperymentu porównali uzyskany wynik do możliwości przesyłania około 160 filmów fabularnych w rozdzielczości 4K na sekundę w każdym kierunku, przy założeniu, że pojedynczy plik zajmuje 50 GB.
Technologia światłowodów z pustym rdzeniem (hollow-core fibre) jest rozwijana przez naukowców na świecie od kilkudziesięciu lat. Jej podstawową zaletą jest ograniczenie oddziaływania materiału rdzenia na przesyłane światło. W konwencjonalnych światłowodach sygnał porusza się z prędkością około 200 tys. km/s, czyli mniej więcej dwiema trzecimi prędkości światła w próżni. W kanale wypełnionym powietrzem może osiągać prędkość zbliżoną do 300 tys. km/s.
Wyzwania związane z transmisją na dużych odległościach
Uzyskanie wysokiej przepustowości na dystansie przekraczającym 1000 km wymagało rozwiązania kilku problemów technicznych. Jakość sygnału mogą pogarszać m.in. straty optyczne, absorpcja gazów oraz zakłócenia.
Chiński zespół pracował nad udoskonaleniem procesu produkcji włókien, aby ograniczyć absorpcję powodowaną przez dwutlenek węgla i tlenek węgla w wykorzystywanych pasmach długości fali. W eksperymencie zastosowano również dostępne komercyjnie wzmacniacze optyczne oraz techniki wstępnego wyrównywania sygnału.
Wynik wymaga jednak odpowiedniego kontekstu. Ponad 1000-kilometrowe połączenie testowe nie było pojedynczą, działającą trasą telekomunikacyjną. Zbudowano je z ponad 300 szpul światłowodu, z których każda zawierała od 2 do 5 km włókna, połączonych w jeden ciągły tor transmisyjny. Oznacza to, że technologia nadal wymaga sprawdzenia w warunkach rzeczywistej infrastruktury sieciowej.
Znaczenie dla centrów danych i infrastruktury AI
Szczególne znaczenie nowego rozwiązania może wiązać się z rozwojem infrastruktury sztucznej inteligencji. Centra danych zlokalizowane w różnych regionach muszą wymieniać ogromne ilości informacji, a opóźnienia transmisji mogą ograniczać wydajność zadań wymagających intensywnej komunikacji między ośrodkami obliczeniowymi.
Przykładem jest chiński program East Data, West Computing, uruchomiony w 2022 r. Jego celem jest przenoszenie części obciążeń obliczeniowych z bardziej rozwiniętych gospodarczo wschodnich regionów kraju do zachodnich obszarów, dysponujących większymi zasobami energii. Projekt obejmuje osiem krajowych centrów obliczeniowych i dziesięć klastrów centrów danych.
W takim modelu szybkie połączenia telekomunikacyjne mają kluczowe znaczenie. Ograniczenie opóźnień może ułatwić współpracę rozproszonych centrów danych, szczególnie przy zadaniach związanych z trenowaniem i obsługą modeli AI.
Według chińskiej telewizji państwowej CCTV technologia znalazła już ogranicowane zastosowania komercyjne. Jednym z nich ma być połączenie światłowodowe wykorzystywane do komunikacji finansowej między Shenzhen a Hongkongiem. Informowano również o ponad dziesięciu projektach komercyjnych i pilotażowych realizowanych w Azji i Europie.
Na razie nie przedstawiono jednak danych pozwalających określić, w jakim stopniu nowe rozwiązanie może obniżyć koszty budowy infrastruktury lub zwiększyć efektywność centrów danych. Eksperyment pokazuje przede wszystkim potencjał światłowodów z pustym rdzeniem w transmisji na dużych odległościach.
