Nevidomos stiklo gijos, laikančios internetą, pasiekė savo galimybių ribą

Kiekvieną kartą, kai žiūrite aukštos raiškos filmą arba pateikiate užklausą dideliam kalbos modeliui, mažytis šviesos impulsas keliauja per stiklo giją, kuri nėra storesnė už žmogaus plauką. Šios gijos, vadinamos optinėmis skaidulomis, yra nematomas šiuolaikinio gyvenimo pagrindas. Jos perduoda viską: nuo banko pavedimų iki jūsų durų skambučio kameros vaizdo įrašo. Dešimtmečius inžinieriai į šias skaidulas sutalpindavo vis daugiau duomenų, keisdami šviesos impulsų laiką ar spalvą. Tačiau vienos stiklo šerdies fizika turi griežtą ribą. Dirbtinio intelekto ir 5G tinklams reikalaujant vis didesnio pralaidumo, pramonė atsimuša į sieną, žinomą kaip netiesinė Šanono riba, kai papildoma signalo galia tiesiog sukelia triukšmą, o ne padidina greitį.

Siekdamas tai išspręsti, Europos konsorciumas, vadinamas MATCH, perkuria pačios skaidulos vidinę architektūrą. Užuot naudoję vieną eismo juostą šviesai, jie į tą pačią ploną giją sutalpina kelias juostas. Šis perėjimas nuo vienmodžių skaidulų prie daugiagyslių skaidulų (MCF) yra esminis pokytis tame, kaip mes kuriame internetą. Tai tarsi skirtumas tarp bandymo važiuoti greitesniu automobiliu siauru keliu ir kelių lygių greitkelio tiesimo.

Skaitmeninio suspaudimo fizika

Standartinė optinė skaidula turi vieną centrinę šerdį, kuria keliauja šviesa. Norėdamos padidinti pajėgumus, įmonės anksčiau tiesiog tiesdavo daugiau kabelių. Tačiau tūkstančių kilometrų naujo stiklo laidojimas po vandenynais ir miestų gatvėmis yra brangus ir lėtas procesas. Erdvinis tankinimas (SDM) yra techninis atsakymas į šį logistinį košmarą. Daugiagyslė skaidula leidžia keliems nepriklausomiems šviesos srautams keliauti lygiagrečiai tame pačiame stiklo apvalkale.

Už šio žargono slepiasi medžiagų mokslo iššūkis. Jei šerdys yra per arti viena kitos, šviesa nuteka iš vienos į kitą – ši problema vadinama tarpusavio trukdžiais (angl. crosstalk). Jei jos yra per toli viena nuo kitos, skaidula tampa per stora ir trapi, kad ją būtų galima pagaminti ar sumontuoti. MATCH projektas, Europos Komisijos finansuojamas doktorantūros mokymo tinklas, vienija 14 partnerių šiems gamybos ir inžinerijos galvosūkiams spręsti. Jie dirba su skaidulomis, turinčiomis keturias, septynias ar net devyniolika šerdžių, kartu išlaikydami kabelį pakankamai ploną, kad jis tilptų į esamus vamzdynus.

Kodėl MATCH projektas svarbus tiekimo grandinei

Inovacijos techninėje įrangoje retai vyksta vakuume. Tam reikia nuolatinio specializuotų inžinierių srauto ir sinchronizuotos gamybos grandinės. MATCH tinklas, kurį koordinuoja profesorius Adolfo Cartaxo iš „Iscte“ Portugalijoje, jungia akademines galias, tokias kaip Limožo universitetas ir Štutgarto universitetas, su pramonės milžinais, tokiais kaip „Nokia“ ir „Prysmian“. Šis ryšys užtikrina, kad Prancūzijos laboratorijoje pasiektas proveržis iš tikrųjų galėtų būti gaminamas dideliu mastu Vokietijos gamykloje.

Vidutiniam vartotojui šis bendradarbiavimas yra priežastis, kodėl jūsų sąskaita už internetą gali išlikti nepakitusi, net jei sunaudojamų duomenų kiekis auga. Dešimt ar daugiau kartų padidindami vieno kabelio pralaidumą, operatoriai sumažina vieno bito kainą. Jie taip pat taupo energiją. Vieno daugiagyslio kabelio eksploatavimas reikalauja mažiau galios ir mažiau aušinimo išteklių nei dešimties atskirų vienmodžių kabelių naudojimas. Erą, kai duomenų centrai suvartoja vis didesnę pasaulio elektros energijos dalį, šis efektyvumo padidėjimas yra praktinė būtinybė.

Senosios ir naujosios ryšio kartos palyginimas

Perėjimas prie daugiagyslės technologijos reiškia pokytį požiūryje į skaitmeninę infrastruktūrą. Toliau pateiktoje lentelėje parodyta, kuo šios technologijos skiriasi praktiškai.

Daugiau nei tik greitesnis „Netflix“

Nors greitis yra pagrindinė antraštė, daugiagyslė skaidula suteikia antrą, labiau stebinantį privalumą: ji gali „jausti“ pasaulį. Tai vadinama paskirstytuoju jutimu. Kadangi šios skaidulos turi kelias šerdis, viena šerdis gali perduoti duomenis, o kita veikti kaip itin tikslus jutiklis.

Praktiškai tai reiškia, kad tas pats kabelis, teikiantis internetą pakrantės miestui, taip pat gali aptikti ankstyvas žemės drebėjimo vibracijas arba pokyčius jūros dugne. Miestuose šios skaidulos gali stebėti tiltų konstrukcinę būklę arba aptikti gaisro šiluminį pėdsaką tunelyje dar prieš suveikiant dūmų detektoriui. MATCH projektas specialiai tiria, kaip integruoti šias jutimo funkcijas į naujos kartos tinklus. Užuot buvusi tik duomenų vamzdžiu, skaidula tampa skaitmenine nervų sistema planetai.

Stiklo revoliucijos rinkos pusė

Rinkos požiūriu perėjimas prie MCF yra atsakas į milžiniškas technologijų milžinų kapitalo išlaidas. Tokios įmonės kaip „Google“, „Meta“ ir „Microsoft“ šiuo metu yra didžiausios povandeninių kabelių ir aukščiausios klasės tinklo įrangos pirkėjos. Jų poreikis sujungti masyvius DI duomenų centrus tarp žemynų skatina daugiagyslių technologijų paklausą.

Istoriškai naujoms skaidulų technologijoms prireikdavo dešimtmečių, kad jos iš laboratorijos patektų į namus. Tačiau DI plėtros spaudimas spartina šį procesą. MATCH projektas rengia 13 doktorantų, kurie greičiausiai dirbs įmonėse, kuriančiose šią infrastruktūrą. Šie tyrėjai dirba su viskuo: nuo mašininio mokymosi algoritmų, valdančių tinklo srautą, iki fizinių mašinų, kurios tempia stiklo gijas. Tikslas – sklandus perėjimas, kuriam nereikėtų pakeisti kiekvienos telekomunikacijų biuro įrangos dalies.

Ką tai reiškia jūsų skaitmeniniam gyvenimui

Vartotojo požiūriu, jums artimiausiu metu nereikės pirkti naujo „daugiagyslio maršruto parinktuvo“. Poveikis pasireiškia makro lygmeniu. Kai interneto pagrindas tampa efektyvesnis, ant jo sukurtos paslaugos tampa stabilesnės. Žvelgiant į bendrą vaizdą, ši technologija užkerta kelią „duomenų eismo kamščiui“, kurį daugelis analitikų prognozavo iki šio dešimtmečio pabaigos.

Iš esmės daugiagyslė skaidula yra pamatinis atnaujinimas. Ji užtikrina, kad kai naudojate VR akinius ar autonominę transporto priemonę, užkulisiuose esantis tinklas turėtų pakankamai galios susidoroti su apkrova. Tai taip pat reiškia, kad aplinkos stebėjimas taps pigesnis ir labiau paplitęs, nes mums nereikės montuoti atskirų jutiklių kiekvienam tiltui ar vamzdynui.

Galiausiai MATCH konsorciumo atliekamas darbas yra skirtas ateities užtikrinimui. Perkeliant vis daugiau savo gyvenimo į debesiją, fizinės stiklo gijos, jungiančios tuos debesis, privalo evoliucionuoti. Perėjimas prie daugiagyslių skaidulų yra tyli, nematoma revoliucija, kuri apibrėš ateinančius dvidešimt pasaulinės komunikacijos metų. Užuot nerimavę dėl dabartinio interneto ribų, turėtume stebėti, kaip šie nematomi pramoniniai mechanizmai tyliai plečiasi, kad patenkintų mūsų augantį duomenų alkį.

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