空心光纖加速信號(hào)傳輸并保持穩(wěn)定：微軟正在為高帶寬需求開(kāi)發(fā)光纖技術(shù)

光纖電纜速度極快 —— 數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)每秒數(shù)百太比特。然而，如今的人工智能數(shù)據(jù)中心對(duì)帶寬的需求仍然更高。

這種永不滿足的需求激發(fā)了全球研究人員競(jìng)相開(kāi)發(fā)空心光纖 —— 因?yàn)楣庠诳諝庵械膫鞑ニ俣缺仍诓Ａе懈臁，F(xiàn)在，英國(guó)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種新型空心光纖電纜，能夠減少信號(hào)損失并提高光纖中的傳播速度。

研究人員將光纖的玻璃層數(shù)增加了一倍，額外添加了一圈嵌套玻璃管。該團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱(chēng)，除了比標(biāo)準(zhǔn)光纖的帶寬增加多達(dá)三倍外，新設(shè)計(jì)還將傳輸速度提升了高達(dá)45%，傳輸距離延長(zhǎng)至33公里，而標(biāo)準(zhǔn)光纖的傳輸距離約為15至20公里。

"我們能夠以更少的失真和更快的速度將信號(hào)傳遞給接收方，" 微軟Azure Fiber首席科學(xué)家、南安普頓大學(xué)光纖學(xué)教授Francesco Poletti說(shuō)道。"這一新記錄遠(yuǎn)低于即使是最純凈玻璃也能達(dá)到的0.14分貝損耗 —— 因此傳輸數(shù)據(jù)消耗的能量更少。"

Poletti表示，最初的光纖設(shè)計(jì)使用單個(gè)抗反射玻璃管或連接的玻璃環(huán)。隨后在其中嵌套了第二個(gè)管，后來(lái)又在第二個(gè)管內(nèi)嵌套了更小的管，這就產(chǎn)生了 "雙嵌套抗共振無(wú)節(jié)點(diǎn)空心光纖（DNANF）" 這一術(shù)語(yǔ)。每個(gè)玻璃環(huán)都依靠抗共振原理 —— 將信號(hào)波長(zhǎng)反射回纖芯，以減少信號(hào)衰減并將光限制在中心區(qū)域。五個(gè)這樣的諧振器組件圍繞中央空氣芯對(duì)稱(chēng)排列，形成一根細(xì)如發(fā)絲的光纖引導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

"因此，超過(guò)99.995%的光通過(guò)空氣傳播，并且大大減少了通常與玻璃傳播相關(guān)的失真、延遲和功率損失，"Poletti說(shuō)道。

Gregory Jasion and Francesco Poletti/University of Southampton

法國(guó)里爾國(guó)家科學(xué)研究中心（CNRS）光學(xué)研究員Francesco Tani表示："在過(guò)去十年中，空心光纖的發(fā)展超出了想象…… 這些測(cè)試結(jié)果代表了數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域的重大突破，使空心光纖成為標(biāo)準(zhǔn)通信光纖的真正且有競(jìng)爭(zhēng)力的替代品。"

盡管如此，全球已安裝超過(guò)50億公里的標(biāo)準(zhǔn)光纖電纜，要讓行業(yè)采用這種需要全新生態(tài)系統(tǒng)（包括連接器、熔接機(jī)和信號(hào)放大器）的新型電纜，將是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)（https://azure.microsoft.com/en-us/blog/how-hollow-core-fiber-is-accelerating-ai/）。

Poletti表示，微軟正與合作伙伴共同開(kāi)發(fā)這樣的生態(tài)系統(tǒng)，并已在歐洲安裝了較早一代的DNANF，連接兩個(gè)Azure數(shù)據(jù)中心。測(cè)試部署采用兩條地理多樣化的線路，每條線路超過(guò)20公里，使用混合電纜，其中包含32根空心光纖（HCF）和48根單模光纖。

"該項(xiàng)目將空心光纖電纜的高速傳播速度帶入了數(shù)據(jù)中心互聯(lián)領(lǐng)域，"Poletti說(shuō)道。"如今已部署了1280公里的空心光纖并承載著實(shí)際流量，這表明該技術(shù)不僅可行 —— 而且已準(zhǔn)備好商業(yè)應(yīng)用。"

然而，Tani表示，擴(kuò)大空心光纖的制造和部署規(guī)模仍然是另一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

"與標(biāo)準(zhǔn)光纖相比，拉制數(shù)十甚至數(shù)百公里的長(zhǎng)距離空心光纖（HCF）更具挑戰(zhàn)性，"他說(shuō)。"據(jù)我所知，大部分制造過(guò)程仍需手工完成。"

Azure Fiber還必須應(yīng)對(duì)來(lái)自中國(guó)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)，如YOFC和Linfiber Technology，這兩家公司都報(bào)告了使用類(lèi)似HCF技術(shù)的可比性能。此外，Linfiber Technology創(chuàng)始人Yingying Wang在今年3月的光纖通信會(huì)議上宣布，林纖已實(shí)現(xiàn) "連續(xù)拉制47.5公里空心光纖，每公里損耗僅為0.1分貝"（https://www.ofcconference.org/）。