Innovatie op het gebied van glasvezel: naar lagere latentie en hogere dichtheid

Het huidige optische vezelmedium is op technisch gebied al een opmerkelijke prestatie. Stel je voor dat een enkele- optische vezel die twintig jaar geleden op de bodem van de Stille Oceaan werd aangelegd, nu een verkeersvolume van 1,2 Tbps kan verwerken, terwijl kortere lijnen zelfs maar liefst 1,6 Tbps kunnen vervoeren. De glasvezel-naar-de-thuisservice die begin deze eeuw met een snelheid van ongeveer 100 Mbps werd gebouwd, wordt nu geüpgraded naar 25G en 50G passieve optische netwerken, en zal 200G PON ondersteunen in de volgende upgradecyclus. Optische vezels bieden voortdurend toenemende snelheden tegen lagere kosten, met een lagere latentie, en op een zeer betrouwbare, robuuste en veilige manier.

 

CableLabs is van mening dat de optische vezels die momenteel "in de grond worden ingezet" op een bepaald moment in de toekomst snelheden tot 50.000 Gbps zouden kunnen ondersteunen, maar tegenwoordig hoopt een groot aantal gebruikers al het nut, de dichtheid en de prestaties van optische vezels naar nieuwe hoogten te tillen.

 

Kleinere-optische vezelopties

 

Momenteel zijn er meerdere manieren om de optische vezeltechnologie te verbeteren, die stilletjes vooruitgang boeken. Eén van de manieren is om de fysieke omvang van optische vezels kleiner te maken. De traditionele single{2}}optische vezel heeft een diameter van 242 micrometer, wat al erg klein is. De diameter van een mensenhaar is daarentegen ongeveer 50 tot 100 micrometer.

 

Tegenwoordig zijn bedrijven als Corning al in staat enkel- optische vezels met een diameter van 200 micrometer te leveren. Deze kleine verandering kan snel een grote impact hebben. Van residentiële tot bedrijfstoepassingen: een kleiner formaat is altijd beter omdat het installateurs in staat stelt meer optische vezels op meer plaatsen aan te leggen, het aantal optische vezels in capaciteits-strakke pijpleidingen te vergroten, de last van luchtinzet te verminderen en het gemakkelijker te maken voor de toch al voorzichtige inzet van optische vezels om kantoren en multi-huishoudelijke eenheden binnen te dringen.

 

Het gebied waar optische vezels met een kleinere diameter echt tot hun recht komen, bevindt zich in AI-datacenters. De hoge- computing-dichtheid die nodig is om de volgende generatie AI te bouwen, maakt elke kubieke centimeter ruimte kostbaar, omdat racks, servers en een toenemend aantal individuele chips allemaal hun eigen speciale communicatiekanalen nodig hebben.

 

Het enige nadeel van optische vezels met een kleine-diameter is dat ze moeten worden gesplitst met bestaande optische vezels met een grote-diameter. Hiervoor zijn enkele gespecialiseerde hulpmiddelen nodig en glasvezeltechnici moeten relevante bedieningstraining krijgen, maar dit is geen grote uitdaging.

 

De opkomst van holle optische vezels en multi{0}}optische vezels

 

Holle kernvezel (HCF) vertegenwoordigt de volgende grote vooruitgang op het gebied van vezelmedia, waarbij lasers door lucht of vacuüm worden geleid in plaats van door glas. Kortom, de transmissiesnelheid van licht in glas is langzamer dan die in holle buizen (golfgeleiders), en glas beperkt ook het aantal optische frequenties dat beschikbaar is voor datatransmissie. Als single{2}}optische vezels worden vergeleken met standaard snelwegen, dan lijken optische vezels met holle-kernen op snelwegen. Ze kunnen de latentie verminderen, de huidige transmissieafstand vergroten en hebben het potentieel om de snelheid in de toekomst verder te verbeteren.

Door gebruik te maken van holle optische vezels kan de transmissiesnelheid met 47% worden verhoogd en de latentie met 33% worden verminderd. Bovendien betekent een lager signaalverlies dat er binnen een bepaalde afstand minder repeaters nodig zijn, wat zich vertaalt in een lager energieverbruik. De afgelopen vijf jaar is de initiële hoeveelheid HCF geproduceerd en ingezet om de latentie tussen kantoren en datacentra op korte- afstand te verminderen. Ondertussen hebben fabrikanten dit medium voortdurend verbeterd om de verlieseigenschappen te verbeteren, waardoor het het niveau van traditionele optische vezels bereikt of zelfs overtreft.

 

In 2022 nam Microsoft Lumenisity over, een fabrikant van holle- vezels. Het bedrijf begon toen met de productie van holle-vezels in Groot-Brittannië en zette verder onderzoek naar HCF voort. Vorig jaar kondigde het bedrijf aan dat het binnen twee jaar 15.000 kilometer holle glasvezel in zijn Azure-datacenternetwerk zou implementeren om de verbindingsvereisten van kunstmatige intelligentie te ondersteunen. Dit jaar heeft Microsoft aangekondigd dat het met succes optische vezels met holle- kern heeft ontwikkeld met betere verlieseigenschappen dan traditionele optische vezels, wat feitelijk de deur opent voor productie op grote- schaal.

 

Maar dit hield niet op. Eind september 2025 kondigde Microsoft aan dat het samenwerkte met Corning en Heraeus Covantics om aanvullende "productie op industriële-schaal van holle vezels" op te zetten om aan de vraag naar dit materiaal in zijn datacenters te voldoen. We kunnen verwachten dat andere fabrikanten van optische vezels hun productie van holle- optische vezels zullen gaan verhogen en het gebruik van dit medium in datacenters en andere toepassingen zullen gaan bevorderen.

 

Het is zeker dat er nog veel werk moet worden verzet om optische vezels met holle kern- mainstream te maken. Dit vereist het cultiveren van een groep optische vezeltechnici die bedreven zijn in de bediening en splitsingsvaardigheden van dit medium, het formuleren van nieuwe tools en standaarden, en het afwegen van de voor- en nadelen van het gebruik van standaard optische vezels tegen de beter- presterende maar duurdere holle- optische vezels. Microsoft werkt op al deze punten samen met Corning en Heraeus als onderdeel van haar inspanningen om een ​​gestandaardiseerd mondiaal ecosysteem op te bouwen ter ondersteuning van de grootschalige implementatie van holle- kernvezels in operatoromgevingen.

 

Holle optische vezels zijn ook van groot belang voor kwantumcomputers. Ze kunnen de transmissieafstand van qubits vergroten zonder dat er extra apparaten nodig zijn, zoals routers of repeaters, die momenteel niet bestaan ​​in kwantumnetwerken. Wanneer dergelijke apparaten worden gemaakt, zullen hun initiële kosten hoger zijn dan die van bestaande netwerkapparaten. Optische vezels met holle- kern zouden de vraag naar toekomstige kwantumnetwerkapparatuur moeten kunnen verminderen, waardoor geld wordt bespaard en de implementatietijd wordt versneld.

 

Multi{0}}core glasvezel (MCF) is het derde pad voor optische vezels om grotere bandbreedte te creëren. Het plaatst meerdere optische vezelkernen in één enkele optische vezel, waardoor meer signalen tegelijkertijd langs één enkele vezel kunnen worden verzonden. Multi{3}}optische vezels vergroten de vezeldichtheid en bandbreedte. Fabrikanten zoals Lightera en Sumitomo Electric werken eraan deze te verbeteren en op de markt te brengen voor wijdverbreid gebruik.

Er zijn al enkele zeer opmerkelijke demonstraties geweest van multi-kerntechnologieën. Eerder dit jaar kondigden Sumitomo en het National Institute of Information and Communications Technology of Japan een wereldrecord aan. Ze gebruikten optische vezels met 19-kernen om meer dan 1 PB per seconde aan gegevens te verzenden over een afstand van meer dan 1.800 kilometer (gelijk aan de afstand van Missouri tot Montana). Dichter bij de implementatie is dat Lightera monsters van multi-core optische vezeloplossingen naar geselecteerde klanten stuurt en heeft aangetoond dat het in staat is optische vezels te produceren met een bereik van 4 tot 8 kernen.

 

Multi{0}}optische vezels hebben een breed scala aan toepassingen, waaronder onderzeese en landverbindingen, evenals verbindingen met hoge- dichtheid en hoge- snelheid tussen switches, servers en opslagapparaten in datacentertoepassingen. Lightera heeft aangetoond dat het 8-core multi-core glasvezel bij 800 Gbps in korte- toepassingen en 4-core multi-core glasvezel bij 400Gbps over een afstand van 10 kilometer kan ondersteunen.

 

Echter, net als optische vezels met holle- kern, worden optische vezels met meerdere- kernen ook geconfronteerd met hun eigen uitdagingen. Hoewel er binnen de Advanced Photonics Coalition een multi-vezelwerkgroep bestaat, hebben zij nog geen normen opgesteld met betrekking tot basiskenmerken zoals het aantal kernen, de kernindeling en de bekledingsdiameter, waardoor de huidige veldimplementatie van elke multi-vezelvezel een project op maat is. Er moeten speciale gereedschappen voor het splitsen van meerdere kernen- worden gebouwd, vooral om ervoor te zorgen dat deze snel kunnen worden gesplitst, met weinig verlies en met hoge sterkte. Ten slotte zijn er ook goed-opgeleide multi- glasvezeltechnici nodig, en het is voor hen het beste om de vastgestelde normen te volgen en na te leven.

 

Desondanks zullen ze, naarmate multi{0}}core-vezels volwassen worden, gelijke tred houden met standaardvezels en holle{1}}core-vezels, waardoor er meer netwerkopties beschikbaar komen voor datacenters, hyperscale providers, cloud- en serviceproviders en ondernemingen. Misschien wel de meest toekomstgerichte observatie die ik kan bieden, is dat netwerkplanners zorgvuldig moeten nadenken over het toekomstige evenwicht tussen de ingezette optische vezels en de beschikbare pijpleidingen, om zo nieuwe oplossingen te kunnen introduceren wanneer klanten deze nodig hebben (zoals holle of meer- optische vezels).

Traditionele enkel-glasvezels zullen niet verdwijnen, maar het is altijd goed dat ze opties kunnen bieden voor geavanceerde gebruikers die lagere latentie, hogere dichtheid en/of grotere bandbreedte nastreven.