Šuplje vlaknasti vlakna - zamjenjuje staklenu jezgru tradicionalnog samog - mod vlakana (SMF) sa zrakom - ispunjenom centrom. U suštini, HCF je izgrađen kao mikrostrukturirano staklo "Shell" oko centralnog zračnog kanala. Svjetlo se vodi ne u potpunom unutrašnjem razmišljanju u čaši, već fotonskim pojasom ili antiresonantnim efektom u oblogu. Slika 1 prikazuje zajednički "rotator" antirezonantski dizajn: centralna jezgra zrak okružena prstenom tankih kvarcnih cijevi. To omogućava preko 99% svjetlosnog načina da ostane u zraku, značajno smanjujući interakciju sa staklom. Suprotno tome, SMF se sastoji od solijskog Germanijuma - dopisanog silika, prečnika od oko 9 μm) u niskom - pregrada za refrakciju - indeksa. Budući da HCF jezgra ima mnogo niži indeks refrakcija (N≈1) od obloga, potrebna je specijalizirana struktura obloge za ograničavanje svjetla.
Slika 1: šuplje - dizajn vlakana. (a) Šema cevastih antirezonantnih šupljina - osnovna vlakna (HCF): Svjetlost je zatvorena u središnjem zračnom jezgru okruženom ugniježnim kapilarima tanke staklene kapilare. (b) tradicionalni singl - modni vlakno koristi čvrstu staklenu jezgru. Geometrija jezgre i obloge HCF-a (npr., Čaše saća) uzrokuje da se svjetlost odražava natrag u zračni kanal putem efekta fotonskog pojasa ili efekta antiresonance.
Prigušenje (gubitak)
Tradicionalni singl - modni vlakno (SMF) ima vrlo mali gubitak u bazi C - (približno 0,2 dB / km). Na primjer, Corning SMF - 28 ULL vlakna ima gubitak manji od 0,16 dB / km pri 1550 Nm. Svijet, visok - Kvalitetni SMF ima raspon gubitaka od 0,16-0,2 dB / km na 1550 nm. U poređenju, rani prototipi HCF izlaže gubitke u rasponu od 1-10 dB / KM. Zahvaljujući tehnološkom napretku (ugniježđenim antiresonantnim dizajnom "rotirani" HCF-ovi itd.), HCF gubici značajno su se smanjili: od oko 1,3 dB / km u 2019. godini, a zatim na oko 0,65 dB / km u 2020. godini "u vezi s EMF-om su izvijestile o HCF gubicima ispod 0,2 dB / km, a laboratorijski prototipi su otprilike 0,11 dB / km. U kratkim dohvatnjim vezama (desetine kilometara), čak 0,2-0,3 dB / km je prihvatljivo, pa je HCF blizu praktičnog gubitka pariteta.
Mjerila prigušivanja:SMF (1550 Nm) ≈0.16-0.2 dB / km; HCF (trenutno) ≲0.2-0.3 DB / km (cilj ~ 0,1 dB / km).
Praktična implikacija je da izravne HCF veze mogu obuhvatati udaljenosti slične onima od singl - mod vlakana (SMF) bez potrebe za pojačalom repetitora. Jer HCF izbjegava staklenu jezgru, preostalih gubitaka prvenstveno dolaze od curenja i rasipanja površine. Značajno je Rayleigh Rasipanje zanemarivo u zraku, omogućavajući daljnje smanjenje gubitaka kroz poboljšane anti - rezonantne strukture. Rezultat je da je - osmišljen HCF može rivalno optički optički vlakno u prigušivanju, barem preko kratkog do srednjih udaljenosti.
Kašnjenje (kašnjenje širenja)
Budući da HCF provodi svjetlost u zraku, njegov efektivni indeks refrakcija je blizu 1 (u odnosu na približno 1,47 u čaši). To znači da se lampica širi značajno brže u HCF-u. U praktičnim primjenama HCF može smanjiti kašnjenje širenja za oko 30% na 50%. Na primjer, grupno kašnjenje od samoglasnog {- modskog vlakana (SMF) iznosi oko 2,0 μs / km, a objavljeni HCF dizajni imaju grupno kašnjenje od oko 1,54 μS / km. Drugim riječima, kašnjenje HCF veze smanjuje se za oko 31% po kilometru. Slike 2a - b Ilustriraju ovaj efekat ubrzanja. (Napomena: Neki izvori prijavljuju poboljšanja brzine čak i čak približno 47%, ovisno o specifičnom razliku od prehrambenih indeksa.)
Slika 2:Brzina prednost šupljeg vlakana -. U šuplju - jezgra HCF (desno), lagani impulsi šire oko 50% brže nego u staklu - jezgro SMF (lijevo). Ovo smanjuje kašnjenje grupe (latencija) po jedinici dužine za oko 30% na 50%. Na slici pokazuje da HCF veza prenosi iste podatke u približno dva - trećine vremena SMF veze. U stvarnom - svjetskom primjenu, 10 km HCF veze ima razmnožavanje od otprilike 15 μs (5 NS / m), dok SMF veza ima kašnjenje za širenje otprilike 20 μs, što je rezultiralo - uštedu od oko 5 μs. Mjerenja potvrde da HCF ima kašnjenje od približno 1,54 μS / km, dok SMF ima kašnjenje od približno 2,24 μs / km (smanjenje otprilike 31%). Taj smanjenje kašnjenja kritično je za razmjenu podataka AI / HPC i visoko - trgovanja frekvencijama. U stvari, testovi u industriji dosljedno izvještavaju o kašnjenju u vezi od približno 30%. (U nedavnom suđenju Madridu, HCF 1,386 KM smanjila je krug - kašnjenje putovanja za 4,287 μs u odnosu na SMF.) Sažetak:
Benchmark latenty: SMF ≈2,0 μs / km; HCF ≈1.5-1.6 μs / km, koji predstavlja smanjenje kašnjenja od oko 30-35%.
Ova "brzina svjetlosne" prednost omogućava raspoređivanje podataka da se podijele na većim udaljenostima unutar određenog budžeta latencija. Slično tome, u okviru jedinstvenog centra podataka ili kampusa, HCF veze mogu značajno smanjiti kašnjenje hmelja, pomažući u susretu s pod - microsecond end - do - zahtjevi za krajnjeg latency-a.
Disperzija i nelinearne efekte
HCF-ovi nasljeđuju izuzetno nisku disperziju. Budući da većina lampica živi u zraku, materijalnu disperziju (talasna dužina - ovisna varijacija refrakcije stakla) je zanemariva. Pažljivo dizajniran anti {- rezonantni HCF eksponatima u blizini - nulte disperzije u svom niskom - bendu gubitka. To učinkovito minimizira širenje pulsa, poboljšavajući širinu pojasa - udaljenosti. Slično tome, disperzija režima polarizacije (PMD) u HCF-ima je minimalna, a efekti faktora okoliša (temperatura i stres) su minimalni. Za poređenje, SMFS izložbena disperzija od otprilike 17 ps / (nm · KM) na 1550 nm (s većom varijacijom u C / L bendu) i PMD u visokoj optičkim vlaknima iznosi oko 0,05-0,2 ps / √km.
U HCF-ovima, nelinearnim efektima (poput kerr nelinearnosti, SPM / XPM i četiri - val mešanja) su nekoliko reda veličine slabijih. Sa preko 99,99% modova u zraku, efikasan nelinearni koeficijent iznosi oko 100 do 1000 puta manji od ekvivalentnog nelinearnog koeficijenta u Siliciji. To znači da HCF može podržati veće optičke ovlasti prije nego što se dogodi nelinearna distorzija, potencijalno poboljšavajući spektralnu efikasnost po kanalu ili pojednostavljivanje modulacijskih formata. Kao što neki zagovornici ističu, može i poboljšati sigurnost (olakšava prisluškivanje ili ubrizgavanje vlaknima putem vlakana).
Sve u svemu, HCF značajno smanjuje ograničenja propusne širine i nelinearna ograničenja povezana sa disperzijom. Centri podataka mogu iskoristiti šire talasne dužine (izvan standardnog C {{{- benda) za postizanje visokog - veza kapaciteta bez potrebe za kompenzacijom disperzije. Mnogi HCF dizajni imaju širok "prvi prozor za antiresonance" koji prekrivaju mnogo vezu od 1,5 do 1,6 μm sa ravnim gubitkom, dok se drugi prozor može proširiti u L - bend, pa čak i vidljivi pojas. Sve u svemu, potencijal širine širine HCF-a je barem uporediv sa, a potencijalno još veći od, ono od SMF-a, posebno kada razmatraju operaciju Multiband i visokih prenošenja.
Širina pojasa i kapacitet
HCF-ova velika brzina i niska nelinearnost daju ga izuzetnim kapacitetom. Metaforički, HCF je poput bržeg optičkog vlakana sa širim trakama: brže može nositi više "automobila" (bita). Slika 3 (desno) ilustrira ovo: Super kamion HCF-a "može nositi više podataka na veću brzinu od SMF-a". " U praksi je HCF pokazao izuzetno visoke ukupne stope podataka u laboratorijskim eksperimentima. Na primjer, eksperimenti su postigli stope kanala od 800 GB / S i 1,2 TB / s koristeći antiresonantni HCF koji zapošljavaju koherentnu velelend duljinu multipleksiranje (WDM). U stvarnom - svjetske mreže, HCF je podržao 6 x 100 GB / S kanala i slične multi - nosivosti talasne dužine na jednom vlaknu.
Slika 3:Analogija propusnosti podataka. HCFMože se uporediti sa bržim, visokim visokim kamionom "kapaciteta", dok se SMF uporedio sa "automobilom". To odražava kombinaciju HCF-ove širine pojasa (više talasnih dužina / modova, donje distorzije) i veće brzine širenja. Za razliku od SMF-a (lijevo), HCF izbjegava staklene nelinearnosti i može iskoristiti širi spektralni prozor, omogućavajući stopu podataka koje prelaze terabte / sekundi na jednom vlaknu.
Ključne točke na HCF kapacitetu:
● Raspon talasne dužine:HCF nije ograničen u apsorpciji Silicije "Vodeni vrhovi" i UV apsorpcije SMF-a. Novi HCF dizajni rade dobro od ~ 1200 Nm do ~ 1700 Nm, pa čak i u vidljive za specijalizirane vrste.
● WDM kanali:Rani testovi prikazuju HCF noseći desetine WDM kanala (C + L bend) sa minimalnim nelinearnim crosstalk-om.
● Formati modulacije:Budući da je nelinearnost niska, HCF može lakše nositi visoko - modulaciju narudžbe (npr. . 64 QAM) pri visokoj snazi po kanalu.
● Bit - Ocenite:Sa koherentnim otkrivanjem, HCF bi trebao podržati isto što po - Cannet bit - stope kao SMF (100 GB / S + po valnoj dužini); Rano suđenja na talasnim duljinama od 100-600 GB / s uspjeli su.
Ukratko, HCF nudibaremIsta potencijalna propusnost kao SMF i, u multi {- kanalni linkovi, često ga mogu preći kroz veću pokretanje i donju obrazac. Jedini upozorenje je da mnogi tipovi HCF-a imaju konačan prozor niskog niskog gubitka, tako da puna upotreba opsega od vlakana C + L + U može zahtijevati više vrsta vlakana ili optimizirana disperzija - projektirani dizajni.
Izrada i praktični izazovi
Iako je fizika HCF-a obećavaju, nekoliko inženjerskih izazova ostaje:
● Složeni preformi:HCF PREFORMS (Spremljene strukture štapa) su zamršene. Oni zahtijevaju slaganje više tanke kapilarne cijevi, što zahtijeva visoko - preciznu izradu i crtanje kontrole. Kao rezultat toga, trenutni HCF izrađen je u ograničenom volumenu. Izrada skaliranja desetina hiljada KM vena od dc vlakana poduzet će više razvoja i nove proizvodne linije.
● Spajanje i konektori:HCF se ne može direktno družiti sa standardnim konektorima od vlakana. Dakle, termini koriste kratke konvencionalne SMF pigtails. U praksi, industrija koristi spajanje fuzije HCF-a na SMF nositelje u LC / SC konektorima. Prijavljeni gubici za spajanje kreću se od ~ 0,5 dB (optimizirani) do ~ 2.5 dB. Bilo koji priključak / pigtail dodaje ~ 0,5 dB. Ovi dodatni gubici (po linku) značajni su u odnosu na proračun primopredajnika u DC-u. Nizak - gubitak HCF-a i novih niskog - rješenja za troškove su aktivne oblasti istraživanja i razvoja.
● Savijanje i pakiranje osjetljivosti:HCF (posebno veliki - dizajnirani jeljki) je osjetljiviji na savijanje i mikro - savijanje od SMF-a. Savija se uvodi gubitak i može pretvoriti režime. Da biste ublažili ovo, HCF kablovi koriste labavi - izgradnju cijevi ili vrpce sa velikim radovima savijanja. Posebna pažnja potrebna je za sprečavanje naprezanja tokom instalacije. U laboratorijskim testovima, HCF na krutim kolutima pokazalo je prihvatljivo ponašanje, ali stvarno kabliranje (uz minimalne smetnje) zapravo može povećati više - smetnje režima narudžbe, osim ako je dizajniran sa filtrima režima. OFS i drugi dodali su "shunt" strukture za namerno skidanje više - režima reda i suzbijaju modalnu disperziju.
● Gubitak za spajanje i vlakno:Zapisnici niskih gubitaka («0,2 dB / km) izmjereni su na "Gore" HCF Strands. Kabliranje, spajanje i faktori zaštite okoliša (kontaminacija, vlaga) obično povećavaju gubitak. Na primjer, oFS je izvijestio da je kabliranje njihovog HCF-a dodao ~ 0.1-0.7 DB / KM gubitak u C - opsegu. Dakle, pravi - svjetski raspoređeni gubitak može biti ~ 0,3-0,5 dB / km dok procesuiraju zrele.
● Trošak i dostupnost:HCF trenutno nosi premiju cijene, kao što su primijetili stručnjaci za industriju. Rano implementacije (npr. BT / Lumenisity za Londonsku berzu) su niše koriste - slučajeve u kojima je trošak opravdan. Da biste postali mainstream u istosmjernim interkonektima, količina proizvodnje moraju skalirati i pad materijalnih troškova. Nekoliko novih poduhvata (relativnosti, lumenitost, silenzibar, itd.) Izgrađuju proizvodnju HCF-a s VC financiranjem i akvizicijama.
U sažetku,Praktične HCF vezeDanas može zahtijevati pažljivo rukovanje: spojnice za spajanje fuzije, velike labave petlje i specijalizirani kablovi. Industrija aktivno razvija standarde i najbolje prakse. Na primjer, kablovi AccuCore ™ sada se nude za HCF sa standardnim faktorima oblika. Međutim, svaka HCF veza i dalje ima otprilike 0,5-3 DB dodatnog gubitka za kabliranje / spajanje, ograničavanje dosega i zahtijeva budžetiranje električne energije.
Suđenja i prototipovi u postavkama datacentera
HCF se već kreće iz laboratorija u stvarne mreže. Nedavna terenska ispitivanja i pilot implementacije pokazuju obećavajuće rezultate:
● DC - do - DC veze:U februaru 2024. španski operater Lyntia udružio se sa Nokijom, OFS|Furukawa i Digital Realty za implementaciju šupljeg carevog kabla od Pop i Madridskog centra. Preko 1,386 km HCF veze, postigli su okrugli - snižavanje latency izleta287 µs (>30%) u odnosu na SMF, dok nose 600 GB / s na jednoj talasnoj dužini. Ovaj je pravi - svjetski test koji su koristili koherentni transponderi na 100 gb / s po λ. Suđenje je potvrdilo da se HCF može ukinuti u postojeću infrastrukturu (CUCCUCORE® kabl) sa standardnom koherentnom opremom, otvorila vrata za DC interkonekte.
● Kratko - doseg veze:Laboratoriji su demonstrirali 3,1 km HCF vezu koja nosi 10 GB / S DWDM promet (10 talasnih duljina) za trgovinske mreže. Ovo je bio prvi kabljni prijenos HCF-a, pokazujući bit - grešku - Besplatno 10GB / s preko vlakana + kabela sa smanjenjem kašnjenja od 31%. Slično tome, Nokia / Bell Labs testirali su HCF u agregatu od 800-1200 GB / S (8 × 100 GB / s) u laboratorijskim podešavanjem.
● Finansijske i trgovačke mreže:HCF-ove uštede kašnjenja privukle su visoku - frekvencijsku trgovinu (HFT) koriste - slučajeve. 2021., Lumenistity (sada dio Nokia) i Eunetworksa raspoređene šuplje - osnovne veze za povezivanje Londonske berze. Korištenjem HCF-a za posljednje - milje do trgovanja prostorima, latencije mikrosekunde su smanjene. Takve implementacije označavaju neke od prvih komercijalnih upotreba HCF-a. (BT i drugi su takođe pilotirali HCF za mobilne backhaul i sigurne mreže, mada su to izvan DCS-a.)
● AI / HPC razmene podataka:Iako su javni podaci ograničeni, veliki pružatelji oblaka istražuju HCF. Microsoft Azure formirao je tim (ranije Lumenistity) za prototip HCF veza između podataka. Relativljačke mreže (američki počne - gore) razvija HCF posebno za tkanine AI podataka. Ti napori imaju za cilj iskoristiti brzinu HCF-a za ublažavanje grčeva u magnetstvu u distribuiranom treningu AI. Iako su još uvijek rano, ove inicijative podvlače potencijal tehnologije u hiperscale i HPC okruženjima.
U svim tim ispitivanjima,Nastupi su ispunili očekivanja: Značajne kasne kapi (obično ~ 30%) i multi - stotine- Gbps kapaciteta na kratkim vezama. Međutim, nijedno od ovih suđenja još nije proširio HCF stotine od KM - koji ostaje budući rad. Za sada je HCF najprikladnije za metro - ljestvice ili intra - vezu podataka (do ~ 10-20 km), gdje njezine prednosti sjaji bez potrebe za aktivnim ponavljačima.
Outlook: AI / HPC i buduće datacenterske mreže
Pritisak prema AI i Ultra {- brz HPC pojačava potražnju za ultra - niskom - kašnjenjem, ultra - vezu. HCF je jedinstveno pozicioniran za rješavanje ovih potreba. Smanjenjem kašnjenja veze ~ 30% po km, HCF omogućava dc operatorima streatiografski geografski pokrivenost: analize predlažu da bi se podatkovni centri mogli postaviti 1,5 × dalje za istu kašnjenje. Ova "geografska fleksibilnost" može biti presudna kao AI klasteri raspon više web lokacija. Isto tako, u okviru podatkovnog centra, HCF može izrezati rack i između - pod latencije, hranjenje velikih modela sa minimalnim zaostatkom prenosa podataka.
Iza sirove brzine, HCF-ova mala nelinearnost i široka podrška spektra znače budući primopredajnici mogu gurnuti stopu podataka još više. U kombinaciji sa naprednim modulacijama i paralelnim shemama vlakana (npr. Multicore HCF), ukupna propusnost mogla bi u velikoj mjeri preći današnje SMF veze. Pružatelji predviđaju HCF noseći terabitu - po - Drugom prometu po pramenu u narednom desetljeću, sastanku sa Excale I / O potrebama AI čipsa.
Industrija primjećuje. Glavni igrači Cloud / HPC (Microsoft, Google, Meta) financirali su HCF istraživanje i razvoj ili akvizicije, te startupe (relativnost, lumeniznost) osigurali su milione u poduhvatu i podlogu vlade. Tijela i konzorcija za standarde počinju uključuju HCF u buduće mrežne planove. Iako su mnoge nesigurnosti (troškovi, pouzdanost, integracija), trend je jasan: HCF je na putu da postane ključni blok za građevinarstvo za sljedeću - latenciju, visoke [{5}} tatenterske mreže.
Zaključno, šuplje - osnovna vlakna predstavlja uvjerljiv napredak za podatke - centra za optiku. Zamjena stakla za zrak, smanji gubitak i kašnjenje dok širi propusnost i linearnost. Rana ispitivanja dokazuju svoju održivost, a tekući razvoj događaja brzo prevazilaze praktične prepreke. Za AI i HPC implementacije koje zahtijevaju "svjetlost - brzina", HCF nudi neuspoređeni put prema naprijed - pod uvjetom da se preostali izazovi za inženjerstvo i troškovi mogu riješiti.
