Teadmised

Mitmetuumaline kiud (MCF) on teatud tüüpi optiline kiud, mis integreerib mitu sõltumatut valgust{1}}edastavat südamikku ühte kattekihti, kasutades paralleelsete andmevoogude samaaegseks edastamiseks põhimõtet, mida nimetatakse ruumijaotusega multipleksimiseks (SDM). Tänasel plahvatusliku tehisintellekti arvutusvõimsuse ja 6G-tehnoloogia kiirenenud arengu ajastul seisab optiline side - digitaalmajanduse "teabearter" - silmitsi enneolematute võimsusprobleemidega. Selles artiklis uuritakse, mis on mitmetuumaline kiud-, selle taga olevat teadus- ja arendustegevuse tausta, selle peamisi eeliseid ja rakendusstsenaariume, praeguseid tehnilisi väljakutseid, samuti Hengtongi paigutust ja tulevikuväljavaateid selles valdkonnas, aidates teil mõista seda võtmetehnoloogiat, mis avab järgmise-põlvkonna optilise side.
 

Mis on mitmetuumaline kiud{0}} ja miks see praegu oluline on?

Mitmetuumaline kiud{0}} viitab optilisele kiule, mis sisaldab ühes klaaskattes kahte või enamat eraldi südamikku -, mille välisläbimõõt on tavaliselt sama 125 µm tavalistes kiududes.ühemoodi{0}}kiud. Iga tuum toimib sõltumatu edastuskanalina, võimaldades korraga mitmel optilisel signaalil liikuda läbi ühe kiu. Näiteks neljatuumaline MCF suudab kanda ligikaudu neli korda rohkem andmeid kui ühe -tuumakiu sama füüsilise jalajälje piires.

Tehisintellekti, suurandmete ja pilvandmetöötluse põhjaliku populariseerimise-ga ning 6G-tehnoloogia eeluuringute{1}}kiirendamisega on nõudlus andmeedastuse järele näidanud plahvatuslikku kasvu ja traditsioonilise ühemoodi-kiu puudused on muutunud üha silmatorkavamaks. Traditsioonilist ühemoodi{5}}kiudu piirab mittelineaarne Shannoni limiit ja selle edastusvõimsus on lähenenud füüsilisele ülempiirile, mistõttu on 6G ajastu EB-tasemel andmeedastus- ja triljoni-tasemel seadmeühendusvajaduste rahuldamine raskendatud ega suuda rahuldada jäika nõudlust suure-tihedusega ühenduse järele ülisuures mastaabis{0}andmekeskused. Nagu asutuste, sealhulgas NICT ja Eindhoveni Tehnikaülikooli teadlased on kinnitanud, peaks andmeedastuskiirus optilistes võrkudes kasvama üle praeguste standardsete ühemoodiliste fiiberoptiliste võrkude põhipiirangud (Looduskommunikatsioonid, 2025).

Selle taustal on mitmetuumaline kiud{0}} kujunenud peamiseks lahenduseks võimsuse kitsaskoha kaotamiseks. Lisades uue mõõtme - ruumi - MCF loob paralleelsed optilised teed ühes kius, mida sageli kirjeldatakse kui "ühe-raja" üleviimist "mitme{5}}rajaliseks".

Eelised ja omadused: rohkem kui võimsus, igakülgne konkurentsivõime

Võrreldes traditsioonilise ühemoodi{0}}kiuga, kajastuvad Hengtongi MCF-i peamised eelised kolmes aspektis.

Esiteks saavutab võimsus eksponentsiaalse kasvu.Mitme sõltumatu tuuma integreerimine ühte kiudu on MCF samaväärne "ühe-raja" üleviimisega "mitme{1}}rajaks". Ilma kiudude arvu suurendamata või täiendavaid torujuhtmeid paigaldamata saab edastusvõimsust suurendada mitu korda või isegi kümneid kordi ning ühe -kiu edastuskiirus võib jõuda Tbps tasemeni, purustades suurepäraselt traditsioonilise kiu võimsuse kitsaskoha. Hiljutised uuringud on seda potentsiaali veelgi kinnitanud - rahvusvaheliste teadlaste meeskond demonstreeris petabiit-sekundis-sekundi-klassi andmeedastust, kasutades standardse katte läbimõõduga 19-tuumalist MCF-i.

Teiseks väike kadu, kõrge stabiilsus ja kohanemine keeruliste stsenaariumitega.Hengtongi iseseisvalt välja töötatud MCF kasutab puhta ränidioksiidi südamikustruktuuri ja suure efektiivse ala kujundust. Sumbumist lainepikkusel 1550 nm saab reguleerida 0,17 dB/km piires ja läbirääkimine on väiksem või võrdne –50 dB. Kahju väheneb rohkem kui 20% võrreldes traditsioonilise MCF-iga. Samal ajal on sellel suurepärane vastupidavus kõrgele ja madalale temperatuurile ning vibratsioonikindlus ning see võib kohaneda mitmesuguste keerukate rakenduskeskkondadega, nagu välitingimustes, merepõhjas ja andmekeskustes.

Kolmandaks, kõrge integreeritus, kõrge kohanemisvõime ja väiksemad kasutuselevõtukulud.MCF-i maht on samaväärne traditsioonilise ühemoodi{0}}kiu omaga, kuid see võib saavutada suurema tihedusega ülekande, mis võib oluliselt vähendada ruumi ja kulusid.kiudude ladumineja seadmete juurutamine, mis sobib eriti hästi rangete ruuminõuetega stsenaariumide jaoks, nagu andmekeskused ja magistraalvõrgud. Samal ajal ühildub see olemasolevate optiliste sidesüsteemidega, realiseerides "plug-and-play" ning vähendades klientide võrguuuenduste kulusid ning toimimis- ja hooldusläve. MCF-i liidestamiseks standardse ühe-tuumalise seadmega kasutatakse spetsiaalseid ventilaatori-sisse/fan-seadmeid (FIFO), mis ühendavad valguse üksikutest üksikutest-tuumakiududest MCF-i igasse südamikusse ja vastupidi.

Mitmetuumaline kiud-vs. ühe-režiimiga kiud: peamised erinevused

Ülalkirjeldatud eelised muutuvad selgemaks, kui võrrelda MCF-i otse tavalise ühemoodilise{0}}kiuga põhiparameetrite lõikes:

Oluline on märkida, et MCF ei asenda kõigis stsenaariumides ühemoodi{0}}kiudu. Paljude olemasolevate juurdepääsu- ja metroovõrkude jaoks tavapäraneoptiline kiudjääb täiesti piisavaks. MCF on kõige mõjuvam, kui mahutihedus - andmemaht füüsilise ruumi ühiku kohta - on peamine piirang.
 

Peamised rakendusestsenaariumid mitme{0}}tuumakiudu jaoks

MCF-i - hüppeline võimsuse kasv, väike kadu, keskkonnaga kohanemisvõime ja väiksemad kasutuselevõtukulud - muudavad selle eriti hästi-sobivaks stsenaariumide jaoks, kus ristuvad suur võimsustihedus ja piiratud füüsiline ruum.

Veealused kaablisüsteemidesindavad kõige arenenumat kommertskasutuse juhtumit, kus MCF-i madalad-kadu ja merepõhjaga-kohanduvad omadused on eriti väärtuslikud. 2023. aastal teatasid Google ja NEC MCF-i esimesest kaubanduslikust kasutuselevõtust Taiwan-Filipiinid-USA (TPU) merekaablisüsteemis, mis kasutab kahe-tuumakiudu kahekordistades võimsust kiu kohta (Google'i pilveblogi). Paralleelselt demonstreerisid NEC ja NTT 2024. aasta märtsis ookeaniülese-klassi 7280 km ülekandekatset 12-tuumalise MCF-iga, mida esitleti OFC 2024 (NEC pressiteade). Need verstapostid kinnitavad MCF-i praktilist elujõulisust pika-mahu ja suure{2}}võimsusegaveealune fiiberoptiline kaabelrakendusi.

Andmekeskuste omavahelised ühendusedon veel üks kõrge{0}}prioriteediga rakendus, kus MCF-i kõrged integratsiooni- ja ruumisäästlikud-eelised käsitlevad otseselt reaalmaailma piiranguid. Kuna tehisintellekti koolitusklastrid laienevad ja ida-läänesuunaline liiklus riiulite vahel kasvab, peavad operaatorid mahutama rohkem ribalaiust olemasolevasse kanalisse ja salve. Kuna MCF saavutab suurema tihedusega edastuse samas kiu mahus kui traditsiooniline ühemoodi{6}}kiudkiud, võib see märkimisväärselt vähendada ruumi ja seadmete juurutamise kulusid nendes ruumipiirangutega keskkondades. NTT on välja töötanud ehitus- ja hooldustehnoloogiad spetsiaalselt nelja-tuuma MCF-i jaoks andmekeskustevahelistes{10}}linkides (NTT, november 2024).

Põhi- ja kaug{0}}maapealsed võrgudesindavad järgmist piiri. Kuna liiklusnõudlus läheneb juurutatud ühemoodi{1}}kiu läbilaskevõime ülemmäärale, vajavad operaatorid SDM-põhist versiooniuuendustselgroog ülekanneinfrastruktuuri. MCF-i võime suurendada võimsust ilma täiendavaid torujuhtmeid paigaldamata muudab selle olemasolevate magistraalkoridoride tõhusaks uuendamiseks.
 

Mitmetuumalise kiu praegused tehnilised väljakutsed

Vaatamata oma selgetele võimsuse ja kulueelistele, ei ole MCF veel universaalne{0}}tavalise kiu asendamine. Laiemaks kasutuselevõtuks tuleb lahendada mitmed inseneriprobleemid.

Tuumadevaheline-ülekõneon disaini kõige olulisem probleem. Kuna mitmel südamikul on sama kattekiht, võib valgus külgnevate südamike vahel ühenduda, eriti pikkade vahemaade tagant. Kiudude kujundajad juhivad seda tuumade vahekauguse, kaeviku{2}}toega murdumisnäitaja profiilide ja optimeeritud kattegeomeetria abil. Nagu ülalpool märgitud, saavutab Hengtongi MCF oma puhta ränidioksiidi südamiku struktuuri ja suure efektiivse ala konstruktsiooni kaudu läbirääkimise väärtusega vähem kui –50 dB või sellega võrdne -, mis on piisav paljude praktiliste rakenduste jaoks. Sellise madala läbikõnede jõudluse säilitamine järjepidevalt mastaabis ja tuhandete kilomeetrite jooksul jääb aga kogu tööstusharu aktiivseks uurimisvaldkonnaks.

Fänn-in/f{1}}out (FIFO) seadmedMCF-i liidestamiseks standardse ühetuumalise{0}}seadmega. Kuigi on tehtud märkimisväärseid edusamme, - on saadaval seadmed, mille sisestuskadu on alla 1 dB kanali kohta ja läbirääkimine alla –40 dB, - järjepideva ja madala-kuluga FIFO jõudluse saavutamine suure tuumaarvu korral on endiselt saadaval. See on võtmekomponent "plug{8}}and-play" ühilduvuse realiseerimiseks, mis muudab MCF-i võrguvärskenduste jaoks praktiliseks.

Splaissimine ja ühendaminelisada keerukust. Erinevalt ühetuumalisest-kiust nõuab MCF-i splaissimine kõigi südamike täpset pöörlemisjoondamist samaaegselt. Spetsiaalsed termotuumasünnitsid on välja töötatud, kuid protsess on tavapärasest keerulisemkiudude splaissimine ja testimine.

Võimendamineesitab veel ühe väljakutse. Mitmetuumalised erbium--kiudvõimendid (MC-EDFA) peavad kõiki südamikke ühtlaselt võimendama, mis on keerulisem kui ühetuumalise võimendamine. Pumba tarnimine ja võimenduse võrdsustamine südamike vahel on aktiivsed uurimisteemad.

Standardimineon pooleli, kuid pole veel lõppenud. ITU-T uuringurühm 15 on avaldanud tehnilised lisad SDM-kiudude kohta, sealhulgas ITU-T G.Sup.87 (märts 2025), mis käsitleb SDM-kiudude klassifikatsiooni, katsemeetodeid ja kasutuselevõtu kaalutlusi. MCF-pistikute, kaablite ja paigaldusprotseduuride ühtsed standardid on siiski alles väljatöötamisel.
 

Hengtongi MCF-i teadus- ja arendustegevus ning tulevikuväljavaade

Hengtong Optoelectronics on innukalt tabanud tööstuse suundumusi ja eelnevalt kavandanud MCF-i uurimis- ja arendustegevuse. Tuginedes ettevõtte põhjalikule tehnilisele akumulatsioonileoptilised kiud- ja kaablimaterjalidvaldkonnas, on see ületanud põhilised tehnilised raskused, nagu väike kadu ja madal läbirääkimine, ning saavutanud edukalt olulise läbimurde suure efektiivse ala ultra-madala kadudega nelja-tuumakiudu osas, pannes tugeva aluse MCF-i industrialiseerimisele.

Tulevikku vaadates kavatseb Hengtong jätkuvalt keskenduda 6G ruumijaotuse multipleksimistehnoloogiale ning ülimalt-madala kadudega materjalide uurimis- ja arendustegevusele, optimeerida MCF-i jõudlusnäitajaid, murda läbi neljast tuumast suurema tuumaarvu tehnilise kitsaskoha ning edendada toote uuendamist suurema võimsuse, väiksema kadu ja laiema kohanemisvõime suunas. Samuti on ettevõtte eesmärk tugevdada koostööd ülemaailmsete sideseadmete tootjate, pilveteenuste pakkujate ja operaatoritega, et edendada MCF-i laiaulatuslikku-rakendust kogu maailmas.

MCF-i turg peaks lähiaastatel märkimisväärselt kasvama. Market Growth Reportsi turu-uuringute kohaselt hinnati 2025. aastal globaalse MCF-turu väärtuseks ligikaudu 16,9 miljonit USA dollarit ning prognooside kohaselt kasvab see järgmisel kümnendil aastase kasvutempoga üle 34%, mis tuleneb kasvavast nõudlusest suure -võimsusega optilise ülekande järele merekaablites, andmekeskustes ja järgmises- võrgus. Jätkuvate investeeringutega teadus- ja arendustegevusse ning industrialiseerimisse soovib Hengtong olla selle kiiresti areneva valdkonna peamine panustaja. Lugejad, kes on huvitatud Hengtongi laiematest võimalustest, saavad uurida ettevõtte võimalusioptiliste kaablite tootevalikjaedukad projektijuhtumid.

Korduma kippuvad küsimused mitmetuumalise kiu kohta{0}}

Mis on mitmetuumaline{0}}kiud?

Mitmetuumaline kiud{0}} on optiline kiud, mis sisaldab ühes klaaskattes kahte või enamat sõltumatut valgust{1}}läbilaskvat südamikku. Iga tuum võib kanda eraldi andmevoogu, võimaldades kiududel edastada paralleelselt mitut signaali, kasutades ruumijaotusega multipleksimist (SDM). See võimaldab ühe-kiu edastuskiirust Tbps tasemel.

Mille poolest MCF erineb mitmemoodilisest kiust?

Need on erinevad mõisted. Mitmemoodilisel kiul on üks suurema läbimõõduga südamik, mis toetab mitut valguse levimisrežiimi. Mitmetuumalisel kiul on mitu eraldi südamikku, millest igaüks töötab tavaliselt ühe-režiimis. MCF mitmekordistab võimsust, lisades ruumilisi kanaleid (südamikke), samas kui mitmemoodiline kiud kasutab ühes südamikus erinevaid valgusrežiime. Kiutüüpide üksikasjaliku võrdluse saamiseks vaadake sedajuhend ühe{0}}režiimi ja mitmemoodilise kiu kohta.

Kas mitmetuumaline kiud{0}}ühildub olemasolevate optiliste võrkudega?

MCF saab liidestada olemasolevate ühe-režiimiga kiudseadmetega läbi ventilaatori-sisend/fan-(FIFO) seadmete. Hengtongi MCF on loodud ühilduma olemasolevate optiliste sidesüsteemidega, vähendades klientide võrgu uuendamise künnist. Täielikuks integreerimiseks võib aga olenevalt konkreetsest võrguarhitektuurist vaja minna ka spetsiaalseid splaissiseadmeid ja muudetud võimendussüsteeme.

Kus MCF-i kaubanduslikult juurutatakse?

Kõige tähelepanuväärsem kaubanduslik juurutus on Google/NEC Taiwan{0}}Filipiinid-USA merekaablisüsteem, mis kasutab kahte-tuumalist MCF-i. Eeldatavasti järgneb andmekeskuste ühendamine ja magistraalvõrgu uuendused. MCF-i võime saavutada suurema tihedusega edastus samas kiu mahus muudab selle eriti atraktiivseks piiratud ruumilistes andmekeskustes ja allveelaevades.

Millised on peamised takistused MCF-i laialdasele kasutuselevõtule?

Peamised takistused hõlmavad splaissimise ja ühendamise keerukust ja maksumust, vajadust spetsiaalsete võimendite järele, mittetäielikku standardimist ja MCF-komponentide praegust kõrgemat hinda võrreldes tavaliste kiududega. Need tõkked vähenevad eeldatavasti tootmismahtude ja standardite muutudes.

Mitu südamikku võib mitme{0}}tuumalise kiu puhul olla?

Teadlased on näidanud kuni 19 südamikuga kiudusid standardse katte läbimõõduga 125 µm, ja on olemas veel suurema südamikuarvuga eksperimentaalprojekte. Kaubanduslikult saadav MCF kasutab tavaliselt kahte kuni nelja tuuma ning aktiivses arenduses on seitse-tuumalist ja kõrgemat kujundust. Hengtongi praegune tegevuskava hõlmab edasiminekut neljast-põhikujundusest veelgi suurema põhiarvu suunas.