Neredzamie stikla pavedieni, kas satur kopā internetu, tuvojas savai lūzuma robežai

Katru reizi, kad straumējat augstas izšķirtspējas filmu vai uzdodat jautājumu lielajam valodas modelim, niecīgs gaismas impulss pārvietojas pa stikla pavedienu, kas nav platāks par cilvēka matu. Šie pavedieni, ko sauc par optiskajām šķiedrām, ir mūsdienu dzīves neredzamais mugurkauls. Tie pārraida visu – no banku pārskaitījumiem līdz jūsu durvju zvana kameras video plūsmai. Gadu desmitiem inženieri šajās šķiedrās iespieda arvien vairāk datu, mainot gaismas impulsu laiku vai krāsu. Taču viena stikla kodola fizikai ir stingra robeža. Tā kā mākslīgais intelekts (MI) un 5G tīkli pieprasa lielāku joslas platumu, nozare atduras pret sienu, kas pazīstama kā nelineārais Šenona limits, kur papildu jaudas pievienošana signālam vienkārši rada troksni, nevis lielāku ātrumu.

Lai to atrisinātu, Eiropas konsorcijs ar nosaukumu MATCH pārstrādā pašas šķiedras iekšējo arhitektūru. Tā vietā, lai gaismai būtu viena šosejas josla, viņi vienā tievā pavedienā iespiež vairākas joslas. Šī pāreja no vienmodas šķiedras uz daudzkodolu šķiedru (MCF) ir fundamentālas izmaiņas tajā, kā mēs būvējam internetu. Tā ir atšķirība starp mēģinājumu braukt ar ātrāku automašīnu pa šauru ceļu un daudzlīmeņu maģistrāles izbūvi.

Digitālās saspiešanas fizika

Standarta optiskajai šķiedrai ir viens centrālais kodols, pa kuru pārvietojas gaisma. Lai palielinātu jaudu, uzņēmumi agrāk vienkārši ieklāja vairāk kabeļu. Taču tūkstošiem jūdžu jauna stikla ierakšana zem okeāniem un pilsētu ielām ir dārga un lēna. Telpiskā blīvēšana (SDM) ir tehniskā atbilde uz šo loģistikas murgu. Daudzkodolu šķiedra ļauj vairākām neatkarīgām gaismas plūsmām pārvietoties paralēli vienā stikla apvalkā.

Aiz žargona slēpjas materiālzinātnes izaicinājums. Ja kodoli atrodas pārāk tuvu viens otram, gaisma noplūst no viena uz otru – šo problēmu sauc par šķērsrunu. Ja tie atrodas pārāk tālu viens no otra, šķiedra kļūst pārāk bieza un trausla, lai to varētu ražot vai uzstādīt. Projekts MATCH, Eiropas Komisijas finansēts doktorantūras apmācības tīkls, apvieno 14 partnerus, lai atrisinātu šīs ražošanas un inženierijas mīklas. Viņi strādā pie šķiedrām, kurām ir četri, septiņi vai pat deviņpadsmit kodoli, vienlaikus saglabājot kabeli pietiekami tievu, lai tas ietilptu esošajos kabeļu kanālos.

Kāpēc MATCH projekts ir svarīgs piegādes ķēdei

Inovācijas aparatūrā reti notiek izolēti. Tam nepieciešama pastāvīga specializētu inženieru piegāde un sinhronizēta ražošanas ķēde. MATCH tīkls, ko koordinē profesors Adolfo Kartakšo (Adolfo Cartaxo) no Iscte Portugālē, sasaista akadēmiskos spēkus, piemēram, Limožas Universitāti un Štutgartes Universitāti, ar tādiem industriālajiem gigantiem kā Nokia un Prysmian. Šī saikne nodrošina, ka laboratorijā Francijā panākto izrāvienu faktiski var saražot rūpnieciskos apjomos rūpnīcā Vācijā.

Vidējam lietotājam šī sadarbība ir iemesls, kāpēc jūsu interneta rēķins varētu palikt nemainīgs pat tad, ja datu lietojums pieaug. Palielinot viena kabeļa jaudu desmit reizes vai vairāk, operatori samazina izmaksas par bitu. Viņi arī ietaupa enerģiju. Viena daudzkodolu kabeļa darbināšanai nepieciešams mazāk jaudas un mazāk dzesēšanas resursu nekā desmit atsevišķu vienmodas kabeļu darbināšanai. Laikmetā, kad datu centri patērē arvien lielāku daļu pasaules elektroenerģijas, šie efektivitātes ieguvumi ir praktiska nepieciešamība.

Salīdzinot veco un jauno savienojamības gvardi

Pāreja uz daudzkodolu tehnoloģiju atspoguļo izmaiņas tajā, kā mēs uztveram digitālo infrastruktūru. Nākamajā tabulā parādīts, kā šīs tehnoloģijas atšķiras praktiskā ziņā.

Vairāk nekā tikai ātrāks Netflix

Lai gan ātrums ir galvenais virsraksts, daudzkodolu šķiedra piedāvā otru, pārsteidzošāku ieguvumu: tā var "sajust" pasauli. Tas ir pazīstams kā izkliedētā sensorika. Tā kā šīm šķiedrām ir vairāki kodoli, viens kodols var pārraidīt datus, kamēr otrs darbojas kā augstas precizitātes sensors.

Praktiski tas nozīmē, ka tas pats kabelis, kas nodrošina internetu piekrastes pilsētai, var arī noteikt agrīnas zemestrīces vibrācijas vai nobīdes jūras gultnē. Pilsētās šīs šķiedras var uzraudzīt tiltu strukturālo stāvokli vai noteikt ugunsgrēka siltuma pazīmes tunelī, pirms vēl ir nostrādājis dūmu detektors. Projekts MATCH īpaši pēta, kā integrēt šīs sensorikas funkcijas nākamās paaudzes tīklos. Tā vietā, lai būtu tikai datu caurule, šķiedra kļūst par planētas digitālo nervu sistēmu.

Stikla revolūcijas tirgus puse

Tirgus pusē pāreja uz MCF ir reakcija uz tehnoloģiju gigantu milzīgajiem kapitāliedevumiem. Uzņēmumi kā Google, Meta un Microsoft pašlaik ir lielākie zemūdens kabeļu un augstākās klases tīkla aprīkojuma pircēji. Viņu vajadzība savienot masīvus MI datu centrus starp kontinentiem veicina pieprasījumu pēc daudzkodolu tehnoloģijas.

Vēsturiski jaunām šķiedru tehnoloģijām bija nepieciešami gadu desmiti, lai nonāktu no laboratorijas līdz mājoklim. Tomēr MI attīstības radītais spiediens paātrina šo laika grafiku. Projekts MATCH apmāca 13 doktorantūras pētniekus, kuri, visticamāk, nonāks uzņēmumos, kas būvē šo infrastruktūru. Šie pētnieki strādā pie visa – no mašīnmācīšanās algoritmiem, kas pārvalda tīkla satiksmi, līdz fiziskām iekārtām, kas velk stikla pavedienus. Mērķis ir racionalizēta pāreja, kurai nav nepieciešams nomainīt katru esošo aprīkojuma vienību telekomunikāciju mezglā.

Ko tas nozīmē jūsu digitālajai dzīvei

No patērētāja viedokļa jums tuvākajā laikā nebūs jāpērk jauns "daudzkodolu maršrutētājs". Ietekme notiek makrolīmenī. Kad interneta mugurkauls ir efektīvāks, pakalpojumi, kas uzbūvēti uz tā, kļūst stabilāki. Skatoties plašākā mērogā, šī tehnoloģija novērš "datu sastrēgumu", ko daudzi analītiķi prognozēja līdz šīs desmitgades beigām.

Būtībā daudzkodolu šķiedra ir fundamentāls uzlabojums. Tas nodrošina, ka tad, kad izmantojat VR austiņas vai autonomu transportlīdzekli, tīklam aizkulisēs ir pietiekama jauda, lai tiktu galā ar slodzi. Tas nozīmē arī to, ka vides monitorings kļūs lētāks un izplatītāks, jo mums nebūs jāuzstāda atsevišķi sensori katram tiltam vai cauruļvadam.

Galu galā MATCH konsorcija paveiktais darbs ir vērsts uz nākotnes nodrošināšanu. Tā kā mēs arvien vairāk savas dzīves pārceļam uz mākoni, fiziskajiem stikla pavedieniem, kas savieno šos mākoņus, ir jāattīstās. Pāreja uz daudzkodolu šķiedru ir klusa, neredzama revolūcija, kas noteiks nākamos divdesmit globālās komunikācijas gadus. Tā vietā, lai uztrauktos par pašreizējā interneta robežām, mums būtu jāvēro, kā šī neredzamā industriālā mehānika klusi paplašinās, lai apmierinātu mūsu augošo apetīti pēc datiem.

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