Tudás

A több-magos szál (MCF) egy olyan típusú optikai szál, amely több független fényáteresztő Napjaink robbanásszerű AI számítási teljesítményének és a 6G technológia felgyorsult fejlődésének korszakában az optikai kommunikáció - a digitális gazdaság „információs artériája” - soha nem látott kapacitási kihívásokkal néz szembe. Ez a cikk feltárja, mi az a több-magos üvegszál, a mögötte álló K+F hátteret, fő előnyeit és alkalmazási forgatókönyveit, a jelenlegi műszaki kihívásokat, valamint a Hengtong elrendezését és a jövőbeli kilátásokat ezen a területen, így segít megérteni ezt a kulcsfontosságú technológiát, amely megnyitja a következő generációs optikai kommunikációt.
 

Mi az a több{0}}magos szál, és miért számít ez most?

A több-magos szál olyan optikai szálra utal, amely két vagy több különálló magot tartalmaz egyetlen üvegburkolaton belül -, jellemzően ugyanazzal a szabványos 125 µm-es külső átmérővel, mint a hagyományosegymódusú{0}}szálas szál. Mindegyik mag független átviteli csatornaként működik, lehetővé téve, hogy egy szálon egyszerre több optikai jel is áthaladjon. Egy négy-magos MCF például nagyjából négyszer annyi adatot képes szállítani, mint egyetlen-magos szál ugyanazon a fizikai lábnyomon belül.

A mesterséges intelligencia, a big data és a számítási felhő mélyreható-népszerűsítésével, valamint a 6G technológia felgyorsult-előkutatásával az adatátvitel iránti kereslet exponenciálisan nőtt, és a hagyományos egymódusú üvegszálak hiányosságai egyre szembetűnőbbé váltak. A hagyományos egymódusú szálakat a nemlineáris Shannon-korlát korlátozza, átviteli kapacitása pedig megközelítette a fizikai felső határt, ami megnehezíti a 6G-korszak EB-szintű adatátviteli és billió{7}}szintű eszközcsatlakozási igényeinek kielégítését, és nem tudja kielégíteni a nagy-sűrűségű összeköttetések merev igényét sem az ultranagy léptékű nagy{1}{0}adatközpontok. Amint azt az intézmények, köztük a NICT és az Eindhoveni Műszaki Egyetem kutatói megerősítették, az optikai hálózatok adatátviteli sebessége várhatóan túl fog nőni a jelenlegi szabványos egymódusú száloptikai hálózatok alapvető korlátjain.Nature Communications, 2025).

Ennek fényében a több{0}}magos üvegszál a kapacitás szűk keresztmetszetének áttörésére szolgáló magmegoldásként jelent meg. Egy új dimenzió - tér - hozzáadásával az MCF párhuzamos optikai útvonalakat hoz létre egy szálon belül, amit gyakran úgy írnak le, mint az "egy-sávról" "több{5}}sávra való frissítést".

Előnyök és jellemzők: több mint kapacitás, átfogó versenyképesség

A hagyományos egymódusú{0}}száloptikával összehasonlítva a Hengtong MCF alapvető előnyei három vonatkozásban tükröződnek.

Először is, a kapacitás exponenciális növekedést ér el.Több független mag egyetlen optikai szálba történő integrálásával az MCF egyenértékű az "egy{0}}sávos" "több-sávossá" bővítésével. A szálak számának növelése vagy további csővezetékek lefektetése nélkül az átviteli kapacitás többszörösére, sőt több tucatszorosára is növelhető, és az egy-szálas átviteli sebesség elérheti a Tbps szintet, tökéletesen áttörve a hagyományos üvegszálas kapacitás szűk keresztmetszetét. A közelmúltban végzett kutatások tovább erősítették ezt a potenciált - nemzetközi kutatók egy csoportja petabit-per-szekundum-osztályú adatátvitelt mutatott be szabványos burkolatátmérőjű, 19 magos MCF használatával.

Másodszor, alacsony veszteség, nagy stabilitás és alkalmazkodás az összetett forgatókönyvekhez.A Hengtong önállóan kifejlesztett MCF-je tiszta szilícium-dioxid magszerkezetet és nagy hatásos területet alkalmaz. A csillapítás 1550 nm-en 0,17 dB/km-en belül szabályozható, és az áthallás kisebb vagy egyenlő, mint -50 dB. A veszteség több mint 20%-kal csökken a hagyományos MCF-hez képest. Ugyanakkor kiváló magas és alacsony hőmérséklet- és rezgésállósággal rendelkezik, és képes alkalmazkodni különféle összetett alkalmazási környezetekhez, mint például a szabadban, a tengerfenéken és az adatközpontokban.

Harmadszor, magas szintű integráció, nagy alkalmazkodóképesség és csökkentett telepítési költségek.Az MCF térfogata megegyezik a hagyományos egymódusú -módusú száléval, de nagyobb sűrűségű átvitelt érhet el, ami nagymértékben csökkentheti azszálfektetésés berendezések telepítése, különösen alkalmas szigorú helyigényű forgatókönyvekhez, például adatközpontokhoz és gerinchálózatokhoz. Ugyanakkor kompatibilis a meglévő optikai kommunikációs rendszerekkel, megvalósítja a „plug-and-play” funkciót, és csökkenti az ügyfélhálózat-frissítések költségeit, működési és karbantartási küszöbét. Az MCF és a szabványos egy-magos berendezések összekapcsolásához speciális fan-in/fan-} (FIFO) eszközöket használnak, amelyek az egyes egy-magos szálak fényét kapcsolják az MCF egyes magjaihoz és fordítva.

Több-magos optikai szál és egymódusú-módusú szál: legfontosabb különbségek

A fent leírt előnyök egyértelműbbé válnak, ha az MCF-et közvetlenül összehasonlítjuk a hagyományos egy{0}}módusú optikai kábellel a legfontosabb paraméterek között:

Fontos megjegyezni, hogy az MCF nem minden esetben helyettesíti az egymódusú szálat{0}}. Számos meglévő hozzáférési és metróhálózat esetében hagyományosoptikai száltökéletesen megfelelő marad. Az MCF a legvonzóbb, ahol a kapacitássűrűség - az egységnyi fizikai térre jutó adatmennyiség - az elsődleges megkötés.
 

Kulcsfontosságú alkalmazási forgatókönyvek a több{0}}magos szálhoz

Az MCF - exponenciális kapacitásnövekedés, alacsony veszteség, környezeti alkalmazkodóképesség és csökkentett telepítési költségek - előnyei miatt különösen jól-alkalmas olyan helyzetekben, ahol a nagy kapacitássűrűség és a korlátozott fizikai tér keresztezik egymást.

Tengeralatti kábelrendszereka legfejlettebb kereskedelmi felhasználási esetet képviselik, ahol az MCF alacsony-vesztesége és a tengerfenékhez{1}}alkalmazható tulajdonságai különösen értékesek. 2023-ban a Google és a NEC bejelentette az MCF első kereskedelmi forgalomba hozatalát a tajvani-Fülöp-szigetek-US (TPU) tengeralattjáró kábelrendszerben, amely szálszálonként két-magos szálat használ, hogy megduplázza a kapacitást (Google Cloud Blog). Ezzel párhuzamosan a NEC és az NTT 2024 márciusában egy 7280 km-es, óceánon túli átviteli kísérletet mutatott be 12 magos MCF segítségével, amelyet az OFC 2024 kiállításon mutattak be (NEC sajtóközlemény). Ezek a mérföldkövek megerősítik az MCF gyakorlati életképességét a hosszú{1}}távú, nagy{2}}kapacitásúvíz alatti optikai kábelalkalmazásokat.

Adatközpont összeköttetésekegy másik kiemelt fontosságú alkalmazás, ahol az MCF magas szintű integrációs és helytakarékos-előnyei közvetlenül kezelik a valós-korlátokat. Ahogy a mesterséges intelligencia oktatási klaszterei skálázódnak, és a kelet-{4}}nyugati forgalom az állványok között növekszik, a kezelőknek nagyobb sávszélességet kell beilleszteniük a meglévő csatornába és tálcába. Mivel az MCF nagyobb sűrűségű átvitelt ér el ugyanabban a száltérfogatban, mint a hagyományos egymódusú{6}}optikai szál, nagymértékben csökkentheti a berendezések telepítésének helyét és költségeit ezekben a helyszűke környezetben. Az NTT építési és karbantartási technológiát fejlesztett ki kifejezetten négy-magos MCF számára az adatközpontok közötti{10}}kapcsolatokban (NTT, 2024. november).

Gerinc- és hosszú távú{0}}földi hálózatokjelentik a következő határt. Amint a forgalmi igény megközelíti a kiépített egymódusú optikai szál kapacitásplafonját, a szolgáltatóknak SDM-alapú frissítésekre lesz szükségükgerincátvitelinfrastruktúra. Az MCF képessége, hogy további csővezetékek lefektetése nélkül képes növelni a kapacitást, hatékony korszerűsítési útvonalat jelent a meglévő gerincfolyosók számára.
 

A több{0}}magos szál jelenlegi műszaki kihívásai

Egyértelmű kapacitás- és költségelőnyei ellenére az MCF még nem vált{0}}univerzálisan a hagyományos üvegszál helyett. A szélesebb körű alkalmazás érdekében számos mérnöki kihívással kell foglalkozni.

Inter-core áthallása legalapvetőbb tervezési szempont. Mivel több mag ugyanazon a burkolaton van, a fény a szomszédos magok között kapcsolódhat, különösen nagy távolságokon. A száltervezők ezt a magtávolság, az árok{2}}támogatású törésmutató-profilok és az optimalizált burkolatgeometria révén kezelik. Amint fentebb megjegyeztük, a Hengtong MCF-je –50 dB-nél kisebb vagy azzal egyenlő áthallást ér el a tiszta szilícium-dioxid magszerkezet és a nagy effektív terület kialakítása révén -, ami sok gyakorlati alkalmazáshoz elegendő. Az ilyen alacsony áthallási teljesítmény folyamatos szinten és több ezer kilométeren keresztüli fenntartása azonban továbbra is aktív kutatási terület az egész iparágban.

Fan-in/fan-(FIFO) eszközökaz MCF szabványos egy{0}}magos berendezéssel való összekapcsolásához szükségesek. Bár jelentős előrelépés történt - csatornánként 1 dB alatti beillesztési veszteséggel és –40 dB alatti áthallási értékkel rendelkező eszközök állnak rendelkezésre, - a folyamatos, alacsony-költségű FIFO teljesítmény elérése magas magszám mellett még mindig folyamatban van. Ez kulcsfontosságú elem a „plug{8}}and-play” kompatibilitás megvalósításában, amely az MCF-et praktikussá teszi a hálózati frissítéseknél.

Illesztés és összeköttetésbonyolultabbá teszi. Az egy-magos száltól eltérően az MCF-illesztés az összes mag egyidejű precíz elforgatását igényli. Speciális fúziós splicereket fejlesztettek ki, de a folyamat összetettebb, mint a hagyományosszálillesztés és tesztelés.

Erősítésújabb kihívást jelent. A többmagos erbium-szálas erősítőknek (MC-EDFA) az összes magot egyenletesen kell erősíteniük, ami bonyolultabb, mint egymagos erősítés. A szivattyúk szállítása és a magok közötti nyereségkiegyenlítés aktív kutatási téma.

Szabványosításfolyamatban van, de még nem fejeződött be. Az ITU-T Study Group 15 technikai kiegészítéseket tett közzé az SDM-szálról, beleértve az ITU-T G.Sup.87-et (2025. március), amely az SDM-szálak osztályozásával, vizsgálati módszereivel és a telepítési szempontokkal foglalkozik. Az MCF csatlakozókra, kábelekre és telepítési eljárásokra vonatkozó egységes szabványok azonban még fejlesztés alatt állnak.
 

Hengtong MCF kutatás-fejlesztése és jövőbeli kilátásai

A Hengtong Optoelectronics alaposan megragadta az iparági trendeket, és előre megtervezte az MCF kutatás-fejlesztést. Támaszkodva a cég mélyreható technikai felhalmozódására aoptikai szál és kábel anyagokterületen leküzdötte az alapvető technikai nehézségeket, például az alacsony veszteséget és az alacsony áthallást, és sikeresen kulcsfontosságú áttörést ért el a nagy effektív területű ultra-alacsony veszteségű négymagos-szálas szálak terén, ami szilárd alapot teremtett az MCF iparosításához.

A Hengtong a jövőre nézve azt tervezi, hogy továbbra is a 6G térosztásos multiplexelési technológiára és az ultra-alacsony veszteségű anyagok kutatására és fejlesztésére összpontosít, tovább optimalizálja az MCF teljesítménymutatóit, áttöri a négy magon túli nagyobb magszám technikai szűk keresztmetszetét, és előmozdítja a termék fejlesztését a nagyobb kapacitás, kisebb veszteség és szélesebb alkalmazkodóképesség felé. A vállalat célja továbbá az együttműködés erősítése a globális kommunikációs berendezések gyártóival, felhőszolgáltatóival és üzemeltetőivel, hogy előmozdítsa az MCF széles körű alkalmazását- világszerte.

Az MCF piac várhatóan jelentősen növekedni fog a következő években. A Market Growth Reports piackutatása szerint a globális MCF-piac értéke 2025-ben hozzávetőleg 16,9 millió USD volt, és az előrejelzések szerint a következő évtizedben több mint 34%-os összetett éves növekedési ütemben fog növekedni, ami a nagy{4}}kapacitású optikai átvitel iránti keresletnek köszönhető a tenger alatti kábelekben, adatközpontokban és következő hálózatokban. A kutatás-fejlesztésbe és az iparosításba való folyamatos befektetésekkel a Hengtong kulcsfontosságú szerepet kíván vállalni ebben a gyorsan fejlődő területen. A Hengtong szélesebb körű lehetőségei iránt érdeklődő olvasók felfedezhetik a vállalat lehetőségeitoptikai kábel termékcsaládéssikeres projektesetek.

Gyakran ismételt kérdések a többmagos{0}}szálas szálról

Mi az a több-magos üvegszál?

A több-magos szál olyan optikai szál, amely két vagy több független fényáteresztő-magot tartalmaz egyetlen üvegburkolaton belül. Mindegyik mag külön adatfolyamot hordozhat, így az üvegszál több jelet is tud párhuzamosan továbbítani térosztásos multiplexelés (SDM) segítségével. Ez lehetővé teszi az egy-szálas átviteli sebességet Tbps szinten.

Miben különbözik az MCF a multimódusú optikai száltól?

Ezek különböző fogalmak. A többmódusú szál egyetlen maggal rendelkezik, nagyobb átmérővel, amely támogatja a fény többféle terjedési módját. A több-magos szál több különálló maggal rendelkezik, amelyek jellemzően egy-módban működnek. Az MCF térbeli csatornák (magok) hozzáadásával megsokszorozza a kapacitást, míg a többmódusú optikai szál egy magon belül különböző fénymódokat használ. A száltípusok részletes összehasonlításához lásd eztútmutató az egy{0}}módusú és többmódusú optikai szálhoz.

Kompatibilis a több-magos üvegszál a meglévő optikai hálózatokkal?

Az MCF képes kapcsolódni a meglévő egy{0}}módusú optikai szálas berendezésekhez a fan-in/fan-out (FIFO) eszközökön keresztül. A Hengtong MCF-jét úgy tervezték, hogy kompatibilis legyen a meglévő optikai kommunikációs rendszerekkel, csökkentve az ügyfelek hálózatának frissítésének küszöbét. A teljes integrációhoz azonban speciális illesztési berendezésekre és módosított erősítőrendszerekre is szükség lehet az adott hálózati architektúrától függően.

Hol kerül kereskedelmi forgalomba az MCF?

A legjelentősebb kereskedelmi fejlesztés a Google/NEC Taiwan-Philippines-US tengeralattjáró kábelrendszere, amely két-magos MCF-et használ. Az adatközpontok összekapcsolása és a gerinchálózati frissítések várhatóan ezt követik. Az MCF azon képessége, hogy nagyobb sűrűségű átvitelt érjen el azonos száltérfogat mellett, különösen vonzóvá teszi a helyszűkében lévő adatközpontok és tengeralattjárók számára.

Melyek az MCF széles körű elterjedésének fő akadályai?

Az elsődleges akadályok közé tartozik a splicing és a csatlakozók bonyolultsága és költsége, a speciális erősítők iránti igény, a hiányos szabványosítás, valamint az MCF-komponensek jelenlegi árprémiuma a hagyományos szálakhoz képest. Ezek az akadályok várhatóan csökkenni fognak a termelési méretek és szabványok szilárdulásával.

Hány mag lehet egy több-magos szál?

A kutatók 125 µm-es szabványos burkolatátmérőn belül akár 19 magból álló szálakat is kimutattak, és léteznek még nagyobb magszámú kísérleti tervek is. A kereskedelemben kapható MCF általában két-négy magot használ, hét-magos és magasabb kialakítású pedig aktív fejlesztés alatt. A Hengtong jelenlegi útiterve a négy alapterven túli előrelépést is magában foglalja a még nagyobb magszámok felé.