光纖形態(tài)革新：邁向更低延遲與更高密度

  ICC訊   如今的光纖介質(zhì)已然是工程學(xué)上的一項壯舉。試想，20多年前鋪設(shè)于太平洋底的一根單股光纖現(xiàn)在能承載1.2Tbps的流量，而較短距離的線路甚至能承載高達(dá)1.6Tbps。本世紀(jì)初圍繞100Mbps速率構(gòu)建的光纖到戶服務(wù)，如今正升級至25G和50G無源光網(wǎng)絡(luò)，并在下一個升級周期將支持200G PON。光纖正持續(xù)以更低的成本、更低的延遲，并以高度可靠、穩(wěn)健和安全的方式提供不斷提升的速率。

  CableLabs認(rèn)為，當(dāng)前已"部署于地下"（in the ground）的光纖未來某個時刻能支持高達(dá)50,000Gbps的速率，但如今已有大量用戶希望將光纖的效用、密度和性能提升至新的高度。

  更小尺寸的光纖選項

  目前有多種提升光纖技術(shù)的路徑正在悄然（有時也不那么安靜地）推進(jìn)中。其中一條路徑是使光纖物理尺寸更小。傳統(tǒng)的單模光纖直徑為242微米，已經(jīng)非常細(xì)小。相比之下，一根人類頭發(fā)的直徑大約為50至100微米。

  如今，康寧等公司已能提供直徑200微米的單股光纖，這一微小變化能快速產(chǎn)生顯著影響。從住宅到企業(yè)應(yīng)用，更小的尺寸總是更好，因為它使安裝人員能將更多光纖布設(shè)到更多地方，增加容量緊張管道中的光纖數(shù)量，減輕空中部署的負(fù)重，并使本就謹(jǐn)慎的光纖部署進(jìn)入辦公室和多住戶單元變得更加容易。

  更小直徑光纖真正大放異彩的領(lǐng)域是在AI數(shù)據(jù)中心。構(gòu)建下一代AI所需的高密度計算，使得每一立方英寸的空間都變得寶貴，因為機架、服務(wù)器，乃至越來越多的單個芯片都需要自己專用的通信通道。

  小直徑光纖唯一的缺點在于需要與現(xiàn)有的大直徑光纖進(jìn)行接續(xù)。這需要一些專用工具，并且光纖技術(shù)人員需要接受相關(guān)操作培訓(xùn)，但這并非重大挑戰(zhàn)。

  空芯光纖與多芯光纖的興起

  空芯光纖（HCF）是光纖介質(zhì)的下一個重大進(jìn)展，它通過空氣或真空而非玻璃來導(dǎo)引激光。簡而言之，光在玻璃中的傳輸速度比在空心的管道（波導(dǎo)）中慢，而且玻璃也限制了可用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓忸l數(shù)量。如果將單模光纖比作標(biāo)準(zhǔn)高速公路，那么空芯光纖就是高速公路，它能降低延遲、增加當(dāng)前傳輸距離，并具有未來進(jìn)一步提升速度的潛力。

  采用空芯光纖，傳輸速度可提升47%，延遲可降低33%。此外，更低的信號損失意味著在任意給定距離內(nèi)所需的中繼器更少，從而轉(zhuǎn)化為更低的能耗。過去五年中，初始數(shù)量的HCF已被生產(chǎn)并部署，用于短距離辦公室或數(shù)據(jù)中心之間的延遲降低，同時制造商不斷完善這種介質(zhì)以改進(jìn)其損耗特性，使其達(dá)到或超越傳統(tǒng)光纖的水平。

  2022年，微軟收購了空芯光纖制造商Lumenisity，該公司隨后開始在英國生產(chǎn)空芯光纖，并推動了進(jìn)一步的HCF研究。去年，該公司宣布將在兩年內(nèi)在其Azure數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中部署15,000公里的空芯光纖，以支持人工智能連接需求。今年，微軟宣布已成功研制出損耗特性優(yōu)于傳統(tǒng)光纖的空芯光纖，這實際上為大規(guī)模生產(chǎn)打開了大門。

  但這并未止步。2025年9月下旬，微軟宣布正與康寧和Heraeus Covantics合作，以建立額外的"空芯光纖工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)"來滿足其數(shù)據(jù)中心對此材料的需求。我們可以預(yù)期其他光纖制造商將開始提升其空芯光纖產(chǎn)量，并推廣該介質(zhì)在數(shù)據(jù)中心及其他應(yīng)用中的使用。

  可以肯定的是，將空芯光纖推向主流仍有許多工作要做。這需要培養(yǎng)一批熟練掌握該介質(zhì)操作和接續(xù)技能的光纖技術(shù)人員，制定新工具和標(biāo)準(zhǔn)，并權(quán)衡使用標(biāo)準(zhǔn)光纖與性能更優(yōu)但成本更高的空芯光纖之間的利弊。微軟正與康寧和Heraeus就所有這些問題進(jìn)行合作，作為構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化全球生態(tài)系統(tǒng)努力的一部分，以支持大規(guī)模部署到運營商環(huán)境中的空芯光纖。

  空芯光纖對量子計算也具有重要意義，它能擴展量子比特的傳輸距離，而無需路由器或中繼器等額外設(shè)備，這些設(shè)備目前在量子網(wǎng)絡(luò)中尚不存在。當(dāng)此類設(shè)備被創(chuàng)造出來時，其初始成本將高于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備?？招竟饫w應(yīng)能減少對未來量子網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的需求，從而節(jié)省資金并加速部署時間。

  多芯光纖（MCF）是光纖創(chuàng)造更大帶寬的第三條路徑，它將多個導(dǎo)光纖芯放入單根光纖中，使得更多信號能沿單根光纖同時傳輸。多芯光纖提高了光纖密度和帶寬，Lightera和住友電氣等制造商正致力于對其進(jìn)行改進(jìn)并產(chǎn)品化以供普遍使用。

  已有一些非常引人矚目的多芯技術(shù)演示。今年早些時候，住友和日本國家信息與通信技術(shù)研究所宣布了一項世界紀(jì)錄，他們使用19芯光纖在超過1,800公里（相當(dāng)于從密蘇里州到蒙大拿州的距離）上傳輸了超過1PB/秒的數(shù)據(jù)。更接近部署的是，Lightera正在向選定客戶送樣多芯光纖解決方案，并已展示其能夠生產(chǎn)從4芯到8芯不等的光纖。

  多芯光纖擁有廣泛的應(yīng)用，包括海底和陸地連接，以及數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中交換機、服務(wù)器和存儲設(shè)備之間的高密度、高速連接。Lightera已演示了在短距離應(yīng)用中以800Gbps支持8芯多芯光纖的能力，以及在10公里距離上以400Gbps支持4芯多芯光纖的能力。

  然而，與空芯光纖一樣，多芯光纖也面臨自身的挑戰(zhàn)。盡管先進(jìn)光子聯(lián)盟（Advanced Photonics Coalition）中有一個多芯光纖工作組，但他們尚未建立關(guān)于核心數(shù)量、核心布局和包層直徑等基本特性的標(biāo)準(zhǔn)，這使得目前每一個多芯光纖的現(xiàn)場部署都成為定制化工程。需要建造用于多芯接續(xù)的專用工具，特別是要確保其能夠快速、低損耗、高強度地接續(xù)。最后，還需要訓(xùn)練有素的多芯光纖技術(shù)人員，他們最好能遵循并遵守已建立的標(biāo)準(zhǔn)。

  盡管如此，隨著多芯光纖的成熟，它將與標(biāo)準(zhǔn)光纖和空芯光纖并駕齊驅(qū)，為數(shù)據(jù)中心、超大規(guī)模提供商、云和服務(wù)提供商以及企業(yè)提供更多網(wǎng)絡(luò)選擇?；蛟S我能提供的最具前瞻性的觀察是，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃者應(yīng)仔細(xì)考慮已部署光纖與可用管道之間的未來平衡，以便在客戶需要時（例如空芯光纖或多芯光纖）能夠推出新的解決方案。

  傳統(tǒng)的單股光纖并不會消失，但能夠為追求更低延遲、更高密度和/或更大帶寬的高級用戶提供選擇，總是一件好事。

  作者：Gary Bolton是光纖寬帶協(xié)會（Fiber Broadband Association）的總裁兼首席執(zhí)行官，該協(xié)會是致力于全光纖寬帶的最大行業(yè)協(xié)會。在加入光纖寬帶協(xié)會之前，Gary曾在兩家成功的風(fēng)險投資高科技初創(chuàng)公司和大型上市公司擔(dān)任市場營銷、產(chǎn)品線管理和公共政策方面的高管職務(wù)。他擁有杜克大學(xué)的工商管理碩士學(xué)位和北卡羅來納州立大學(xué)的電氣工程學(xué)士學(xué)位。

  原文：https://www.lightwaveonline.com/home/article/55332728/fibers-physical-evolutions