100 Тбит/с — не предел: NICT установлен новый рекорд скорости передачи данных на длинной дистанции
Современная индустрия компьютерных сетей хоть и не имеет отношения к спорту, но с ним её всё же роднит одно — рекорды. Ещё недавно предельной скоростью для одного потока данных было 400 Гбит/с, но это достижение удалось превзойти более чем в три раза.
На прошедшей в прошлом месяце конференции Optical Fiber Communications 2020 было объявлено о достижении двух новых рекордов в области передачи данных, и эти цифры впечатляют.
Команда Японского Национального института информационных и коммуникационных технологий (NICT) регулярно обновляет рекорды скорости передачи данных. Они уже показали экспериментальную сеть 1 Пбит/с, а позже им удалось достичь показателя 10,66 Пбит/с. Правда, в последнем случае речь идёт о линии длиной всего 13 км и особом кабеле.
Ну а в этот раз они достигли скорость 172 Тбит/с при использовании одного мультиядерного оптоволоконного кабеля. Это выше совокупного показателя всех волокон в наиболее производительном подводном кабеле, используемом сегодня. Предыдущий рекорд составляет 159 Тбит/с; казалось бы, новый показатель ненамного выше, но стоит учесть и возросшую вдвое дистанцию тестовой передачи — 2040 против 1045 километров.
Сети нуждаются в пропускной способности, особенно сейчас, в обстановке эпидемии, вынуждающей многих заменять личное присутствие удалённым. Но оптоволоконные технологии вплотную подошли к пределу Шеннона. Стандартное 125-мкм оптоволокно, используемое в подводных и просто протяжённых линиях связи, содержит пять ядер, поскольку при расстоянии менее 40 микрон между ними неприемлемо возрастает уровень перекрёстных помех, а увеличение диаметра волокна делает его негибким и усложняет конструкцию кабеля.
Ответом на этот вызов может стать новая технология, в которой взаимное влияние оптических ядер в волокне создаётся намеренно (т.н. close-coupled fiber) и начинается оно уже с первых метров передачи. Это похоже на многомодовую технологию, но требует более простой MIMO-обработки. Перспективы у технологии многообещающие: трёхъядерный кабель с диаметром волокна 125 микрон длиной 80 километров успешно передавал 24,5-гигабодовый сигнал с модуляцией 16-QAM по 359 каналам.
Для симуляции линии дальней связи длиной 2040 км сигнал несколько раз запускался по кругу с помощью оптического усилителя. Совокупная скорость передачи данных при этом составила 172 Тбит/с. Да, существуют и более скоростные кабели, но они используют волокна большего диаметра с большим количеством оптических «ядер»; пока такие разработки не вышли из стен лабораторий. Рекорд для коммерчески доступной системы принадлежит Pacific Light Cable Network, но для достижения скорости 144 Тбит/с он требует использования шести пар волокон.
Другой рекорд поставлен лабораторией Nokia Bell Labs. Ранее в прошлом году на аналогичной конференции были продемонстрированы примеры сетевых соединений для коммерческих ЦОД со скоростью 400 Гбит/с и объявлено о стремлении к отметке 800 Гбит/с, а в этом году компания отчиталась об успешных лабораторных испытаниях линка со скоростью 1,52 Тбит/с, причём, с использованием стандартного одномодового волокна. В достижении такой скорости помог новый кремниево-германиевый (SiGe) трансивер.
Прототип был изготовлен компанией Micram Microelectronic на основе высокоскоростных биполярных транзисторов и 55-нм техпроцесса CMOS. С помощью новых эрбиевых оптических усилителей на симулированной дистанции 240 километров удалось достичь скорости 1,46 Тбит/с; поставлена цель достичь полновесных 1,6 Тбит/с. Достижение таких показателей должно как повысить эффективность использования существующей инфраструктуры, так и снизить стоимость новой — и оба пункта очень важны, ведь значимость компьютерных сетей сейчас как никогда высока.