Nähtamatud klaasniidid, mis hoiavad internetti koos, on jõudmas oma taluvuspiirini

Iga kord, kui voogedastate kõrglahutusega filmi või esitate päringu suurele keelemudelile, liigub tilluke valgusimpulss läbi klaaskiust, mis pole laiem kui inimese juuksekarv. Need kiud, mida nimetatakse optilisteks kiududeks, on kaasaegse elu nähtamatu selgroog. Nad kannavad kõike alates pangaülekannetest kuni teie uksekella kaamera videovooni. Aastakümneid pigistasid insenerid nendesse kiududesse üha rohkem andmeid, muutes valgusimpulsside ajastust või värvi. Kuid ühe klaasist südamiku füüsikal on kindel piir. Kuna tehisintellekt ja 5G-võrgud nõuavad üha suuremat ribalaiust, põrkub tööstus vastu seina, mida tuntakse mittelineaarse Shannoni piirina, kus signaalile võimsuse lisamine tekitab suurema kiiruse asemel lihtsalt müra.

Selle lahendamiseks kujundab Euroopa konsortsium nimega MATCH ümber kiu enda sisemist arhitektuuri. Ühe valguskiirtee asemel suruvad nad samasse õhukesse kiudu mitu rada. See üleminek ühemoodiliselt kiult mitmetuumalisele kiule (MCF) on fundamentaalne muutus selles, kuidas me internetti ehitame. See on võrreldav vahega, mis tekib kiirema autoga kitsal teel sõitmise ja mitmetasandilise kiirtee ehitamise vahel.

Digitaalse pigistuse füüsika

Tavalisel optilisel kiul on üks keskne südamik, kus valgus liigub. Võimsuse suurendamiseks paigaldasid ettevõtted varem lihtsalt rohkem kaableid. Kuid tuhandete miilide uue klaasi matmine ookeanide alla ja linnatänavate alla on kallis ja aeglane. Ruumijaotusega multipleksimine (SDM) on tehniline vastus sellele logistilisele õudusunenäole. Mitmetuumaline kiud võimaldab mitmel sõltumatul valgusvool liikuda paralleelselt sama klaasist ümbrise sees.

Erialaterminite taga peitub materjaliteaduse väljakutse. Kui südamikud on üksteisele liiga lähedal, lekib valgus ühest teise – seda probleemi nimetatakse ristsiirdeks (crosstalk). Kui need on liiga kaugel, muutub kiud liiga paksuks ja habraaks, et seda toota või paigaldada. Euroopa Komisjoni rahastatav doktoriõppe võrgustik MATCH toob kokku 14 partnerit, et lahendada need tootmis- ja insenerimõistatused. Nad töötavad kiudude kallal, millel on neli, seitse või isegi üheksateist südamikku, hoides samal ajal kaabli piisavalt õhukesena, et see mahuks olemasolevatesse kaablikanalitesse.

Miks on MATCH-projekt tarneahela jaoks oluline

Innovatsioon riistvaras toimub harva vaakumis. See nõuab pidevat spetsialiseerunud inseneride pealevoolu ja sünkroniseeritud tootmisahelat. MATCH-võrgustik, mida koordineerib professor Adolfo Cartaxo Portugali Iscte ülikoolist, ühendab akadeemilised tipud, nagu Limoges'i ülikool ja Stuttgardi ülikool, tööstushiidudega nagu Nokia ja Prysmian. See side tagab, et Prantsusmaa laboris tehtud läbimurret saab tegelikult mastaapselt toota Saksamaa tehases.

Tavakasutaja jaoks on see koostöö põhjus, miks teie internetiarve võib jääda samaks isegi siis, kui teie andmekasutus kasvab. Suurendades ühe kaabli võimekust kümme korda või rohkem, vähendavad operaatorid biti maksumust. Samuti säästavad nad energiat. Ühe mitmetuumalise kaabli käitamine nõuab vähem energiat ja vähem jahutusressursse kui kümne eraldi ühetuumalise kaabli käitamine. Ajastul, kus andmekeskused tarbivad üha suurema osa maailma elektrienergiast, on need tõhususe kasvud praktiline vajadus.

Võrdlus vana ja uue põlvkonna ühenduvuse vahel

Üleminek mitmetuumalisele tehnoloogiale esindab nihket selles, kuidas me vaatame digitaalset infrastruktuuri. Järgmine tabel näitab, kuidas need tehnoloogiad praktikas erinevad.

Rohkem kui lihtsalt kiirem Netflix

Kuigi kiirus on peamine uudisväärtus, pakub mitmetuumaline kiud teist, üllatavamat eelist: see suudab maailma "tunda". Seda tuntakse kui hajusandurdust (distributed sensing). Kuna nendel kiududel on mitu südamikku, saab üks südamik edastada andmeid, samal ajal kui teine toimib ülitäpse andurina.

Praktikas tähendab see, et sama kaabel, mis pakub rannikulinnale internetti, suudab tuvastada ka maavärina varajasi vibratsioone või nihkeid merepõhjas. Linnades saavad need kiud jälgida sildade struktuurset tervist või tuvastada tunnelis tekkiva tulekahju soojussignaali enne, kui suitsuandur üldse reageerib. MATCH-projekt uurib konkreetselt, kuidas integreerida need seirefunktsioonid järgmise põlvkonna võrkudesse. Selle asemel, et olla vaid andmetoru, muutub kiud planeedi digitaalseks närvisüsteemiks.

Klaasirevolutsiooni turupool

Turu poolelt vaadatuna on üleminek MCF-ile vastus tehnoloogiahiidude tohututele kapitalikulutustele. Ettevõtted nagu Google, Meta ja Microsoft on praegu suurimad merealuste kaablite ja tipptasemel võrguseadmete ostjad. Nende vajadus ühendada massiivseid tehisintellekti andmekeskusi üle kontinentide juhib nõudlust mitmetuumalise tehnoloogia järele.

Ajalooliselt kulus uue kiudtehnoloogia laborist kodudesse jõudmiseks aastakümneid. Tehisintellekti arengust tulenev surve aga kiirendab seda ajakava. MATCH-projekt koolitab 13 doktoranti, kes tõenäoliselt suunduvad ettevõtetesse, mis seda infrastruktuuri ehitavad. Need teadlased töötavad kõige kallal, alates masinõppe algoritmidest, mis hallavad võrguliiklust, kuni füüsiliste masinateni, mis tõmbavad klaasniite. Eesmärk on sujuv üleminek, mis ei nõua iga olemasoleva seadme väljavahetamist telekommunikatsiooniettevõttes.

Mida see tähendab teie digitaalse elu jaoks

Tarbija seisukohast ei pea te niipea ostma uut "mitmetuumalist ruuterit". Mõju avaldub makrotasandil. Kui interneti selgroog on tõhusam, muutuvad sellele ehitatud teenused stabiilsemaks. Suurt pilti vaadates hoiab see tehnoloogia ära "andmete liiklusummiku", mida paljud analüütikud ennustasid selle kümnendi lõpuks.

Sisuliselt on mitmetuumaline kiud alusmüüri uuendus. See tagab, et kui kasutate VR-peakomplekti või autonoomset sõidukit, on taustal asuval võrgul piisavalt varu koormusega toimetulekuks. See tähendab ka, ka et keskkonnaseire muutub odavamaks ja laialdasemaks, kuna me ei pea paigaldama eraldi andureid igale sillale või torujuhtmele.

Lõppkokkuvõttes on MATCH-konsortsiumi tehtav töö suunatud tuleviku kindlustamisele. Kuna me kolime üha suurema osa oma elust pilve, peavad neid pilvi ühendavad füüsilised klaasniidid arenema. Üleminek mitmetuumalisele kiule on vaikne, nähtamatu revolutsioon, mis määratleb järgmise kahekümne aasta globaalse side. Selle asemel, et muretseda praeguse interneti piiride pärast, peaksime jälgima, kuidas need nähtamatud tööstuslikud mehhanismid vaikselt laienevad, et rahuldada meie kasvavat andmenälga.

Allikad: MATCH Project Consortium, European Commission Horizon Europe Research Portal, Iscte – Instituto Universitário de Lisboa Official Announcements, Nokia Infinera Technical Briefs, Prysmian Group Industrial Reports.