Szybka ekspansja dużych modeli językowych sztucznej inteligencji, klastry superkomputerów, wstępne wdrożenie 6G,i hiperskałowych centrów danych przesunęła komunikację światłowodową do rdzenia globalnej infrastruktury cyfrowejPrzez dziesięciolecia sieci światłowodowe wspierały głównie dostęp do sieci szerokopasmowej dla mieszkańców i 5G.Wzrost liczby użytkowników spowodowany przez AI stworzył bezprecedensowe wąskie gardła w przepustowości sieci, opóźnienia i zużycia energii.

Włókno optyczne nie jest już tylko przewodem przesyłowym danych, stało się podstawowym fizycznym fundamentem nowoczesnych sieci komputerowych.najnowocześniejsze technologie, główne scenariusze zastosowań, praktyczne wskazówki inżynieryjne i przyszłe trendy komunikacji światłowodowej,pomoc specjalistom branżowym w zrozumieniu najnowszych zmian w branży i uniknięciu powszechnych pułapek w projektach.

Komunikacja światłowodowa działa poprzez przekształcanie sygnałów elektrycznych w sygnały optyczne, przesyłanie światła przez włókna optyczne poprzez całkowite odbicie wewnętrzne na duże odległości,i przekształcanie sygnałów optycznych z powrotem w sygnały elektryczne na końcu odbiorcyKompletny system łączności optycznej składa się z pięciu podstawowych elementów:

• Przekaźnik optyczny: wykorzystuje diody laserowe do dokonania konwersji elektrooptycznej i modulowania sygnałów służbowych na długości fal optycznych.
• Średnie światłowodowe: Nośnik przesyłowy sygnałów optycznych, podzielony na dwa główne rodzaje: światłowodowe jedno- i wielo-tryb.
• Wzmacniacze i powtarzacze optyczne: EDFA i inne urządzenia wzmacniające kompensują utratę transmisji światłowodowej i rozszerzają zasięg transmisji na duże odległości.
• Odbiornik optyczny: wykorzystuje fotodetektory do konwersji otrzymanych sygnałów optycznych z powrotem na użyteczne sygnały elektryczne.
• Komponenty optyczne pasywne: obejmują sprzęgły, przełączniki optyczne, multipleksery WDM, przewody patch i złącza MPO do podziału sygnału optycznego, multipleksu, przełączania i połączenia łącza.

Multipleksujące podział długości fali (WDM) jednocześnie przesyła wiele sygnałów optycznych o różnych długościach fali na jednym włóknie optycznym,znacząca poprawa zdolności jednowiatrowych bez wdrażania nowych kabli optycznych i znaczne obniżenie kosztów infrastrukturyPodczas gdy tradycyjne sieci bazowe opierają się głównie na pasmie C, rozwiązanie trójkątnego pasma S+C+L stało się głównym nurtem sieci komputerowych AI.W pełni wykorzystuje zasoby widma światłowodowego i pomnaża pojemność pojedynczego światła, powszechnie stosowane do połączeń między wieloma centrami obliczeniowymi na duże odległości.

Clustery procesorów graficznych AI podniosły bezprecedensowe wymagania dotyczące gęstości portów optycznych i efektywności zużycia energii.

• LPO (Linear Pluggable Optics): usuwa częściowe układy DSP w celu zmniejszenia zużycia energii.
• CPO (Co-packaged Optics): integruje silniki optyczne i układy przełącznikowe na jednym podłożu, minimalizując straty sygnału i zużycie energii.CPO jest nadal w fazie iteracyjnego rozwoju i nie jest jeszcze szeroko stosowane.

• G.654E Ultra-Low-Loss Fiber: zmniejsza straty transmisji na duże odległości i zmniejsza ilość rozmieszczania wzmacniaczy optycznych,służący jako środek podstawowy dla kanałów przesyłowych o dużej pojemności.
• MCF (Multi-Core Fiber): integruje wiele niezależnych rdzeni w jednym kablu optycznym, realizując podział przestrzenny multipleksujący (SDM) i rozwiązując niedobory zasobów rurociągu w celu zwiększenia ogólnej zdolności kablowej.
• HCF (Hollow-Core Fiber): umożliwia rozprzestrzenianie się światła w jądrze powietrza, drastycznie zmniejszając opóźnienie transmisji.Obecnie jest testowany w scenariuszach o niskim opóźnieniu, takich jak handel wysoką częstotliwością i połączenie klasterów sztucznej inteligencji.

MEMS i przełączniki optyczne oparte na krzemu obsługują szybkie przełączanie warstwy optycznej bez udziału sygnału elektrycznego, umożliwiając dynamiczne tworzenie sieci i przełączanie zabezpieczeń łącza dla klastrów sztucznej inteligencji.Photonic Integrated Circuits (PIC) integrują dyskretne urządzenia optyczne na jednym chipie, skutecznie zmniejszając wielkość sprzętu i obniżając koszty masowej produkcji.

Połączenia między centrami danych o dużej pojemności wymagają bardzo dużej przepustowości i stabilnej transmisji na średnie odległości.i kabli MPO o wysokiej gęstości stały się standardowymi konfiguracjami, napędzający najsilniejszy wzrost w przemyśle łączności optycznej.

Systemy OTN/WDM budują krajowe sieci przesyłowe, a zdalne rozmieszczenie światła wspiera 5G.Nadchodząca era 6G podniesie standardy gęstości przepustowości światła, odporność na gięcie i przystosowanie się do środowiska.

Technologia Passive Optical Network (PON) wdraża dostęp światłowodowy punkt-wielopunktowy dla sieci szerokopasmowej domowej.zapewnienie użytkownikom końcowym dostępu do sieci ultrawyższej prędkości.

Włókna optyczne charakteryzują się doskonałą odpornością na zakłócenia elektromagnetyczne, dzięki czemu są szeroko stosowane w automatyzacji fabrycznej i systemach transportu kolejowego.Rozproszona technologia czujników światłowodowych umożliwia monitorowanie temperatury w czasie rzeczywistym, napięcia i zmiany strukturalne dla infrastruktury przemysłowej.

• Niewłaściwe wykorzystanie światła jedno-/wielo-przewodnikowego: wykorzystanie światła jedno-przewodnikowego do scenariuszy krótkiego zasięgu powoduje marnowanie kosztów, podczas gdy światło wieloprzewodnikowe do projektów dalekodystansowych prowadzi do awarii połączenia.
• Ignorując kumulatywne straty łącza: punkty splicingowe, adaptery i przewody patch generują kumulatywne straty, co powoduje niewystarczającą moc optyczną i niestabilne łącza.
• Niezgodne specyfikacje środowiskowe: Wykorzystanie kabli typu indoor na zewnątrz prowadzi do przyspieszonego starzenia się w warunkach ekstremalnej temperatury i wilgotności.
• Ślepe dążenie do najnowocześniejszych technologii: Wschodzące technologie, takie jak CPO i włókno wnętrze, cierpią z powodu wysokich kosztów i ograniczonej podaży.

• Ciągły przełom mocy: połączenie multipleksingu długości fali WDM i multipleksingu podziału przestrzennego SDM będzie nieustannie przekraczać pułap mocy przesyłowej pojedynczego włókna.
• Integracja fotoniki na dużą skalę: fotonika krzemowa i modulatory niobatu litu szybko dojrzeją, promując miniaturyzację i redukcję kosztów urządzeń optycznych.
• Głęboka integracja sieci optycznych i informatyki: sieci optyczne przekształcą się z pasywnych kanałów przesyłowych w dynamicznie planowalne inteligentne sieci,dopasowanie AI do planowania zasobów obliczeniowych.
• Integracja między technologiami: Komunikacja światłowodowa będzie zintegrowana z wykrywaniem światłowodowym i bezpieczną komunikacją kwantową w celu poszerzenia nowych scenariuszy zastosowań.

P1: Czy światło jednowarunkowe jest zawsze lepsze niż światło wielowarunkowe?

Odpowiedź: Nie. Jednowarunkowe światło włókiennicze dominuje w transmisji na duże odległości, podczas gdy światło wielowarunkowe OM5 jest bardziej opłacalne i elastyczne w przypadku kabli w centrach danych w pomieszczeniach o krótkim zasięgu.

P2: Czy CPO wkrótce zastąpi tradycyjne nadajniki podłączalne?

Tradycyjne nadajniki DSP i LPO pozostają głównym źródłem komercyjnego wdrożenia,Podczas gdy CPO ma na celu przyszłe scenariusze sieci o bardzo wysokiej gęstości.

P3: Jakie jest największe wyzwanie dla komunikacji światłowodowej w erze sztucznej inteligencji?

Odpowiedź: Oprócz większej prędkości przesyłu, głównym wyzwaniem jest zrównoważenie zużycia energii, kosztów i ponownego wykorzystania istniejących zasobów światłowodowych, co jest kluczem do praktycznego wdrożenia inżynierii.

Pod wpływem rozwoju AI przemysł komunikacji światłowodowej przechodzi fundamentalną zmianę od tradycyjnego rozwoju opartego na komunikacji do rozwoju opartego na obliczeniach.Dla producentów urządzeń optycznychW celu opracowania optymalnych i niezawodnych rozwiązań sieciowych niezbędne jest dogłębne zrozumienie mediów optycznych, wydajności urządzeń i kompromisów sieciowych.Podczas gdy technologie szybko się zmieniają, inżynieria handlowa zawsze nadaje priorytet dojrzałości, efektywności kosztowej i stabilnej podaży.