El experimento fue implementado por el Instituto de Investigación de Telecomunicaciones de China junto con el fabricante de fibra Yangtze Optical Fiber and Cable (YOFC) y ZTE. Según la empresa, esta es la primera vez que se logra una transmisión bidireccional en tiempo real a través de una fibra óptica de núcleo hueco a tal distancia. El anuncio de China Telecom del 4 de noviembre describe la arquitectura del sistema y la tecnología de transmisión.
La emisora estatal china CCTV informó la noticia el 8 de noviembre, citando la durabilidad de la señal y su comparación con la fibra óptica convencional. Un informe en inglés del Global Times resume esta información. CCTV describe la ruta como un nuevo récord de distancia para la transmisión de fibra hueca en tiempo real.
Las 160 películas son una ayuda para los cálculos y no archivos de películas transferidos reales. El cálculo parte de 50 gigabytes por película: 64 terabits por segundo equivalen a ocho terabytes por segundo, o 160 archivos de este tipo. Eso significa 160 películas por director; La carga y descarga se realizan simultáneamente, por lo que el rendimiento total de ambas direcciones combinadas es de 128 terabits por segundo. La transmisión óptica de datos agrupa muchos canales de longitud de onda; el número describe el rendimiento general, no la velocidad de un solo láser o de una conexión privada a Internet. La indicación de que por Internet circulan 20.000 películas por segundo es incorrecta y no se corresponde con los 64 terabits por segundo y los 50 gigabytes por película declarados.
Una cifra récord de kilómetros para el cable de fibra óptica
China Telecom habla de una conexión punto a punto sin devolver la señal a un circuito de circulación. Esto es importante porque los experimentos de laboratorio que utilizan circuitos ópticos pueden enviar señales repetidamente a través de la misma fibra para replicar rutas de transmisión muy largas. En cambio, el experimento se basó en una sección de fibra continua y real. La transmisión se produjo en ambas direcciones en una sola fibra, no en dos fibras separadas. Esto significa que el registro puede clasificarse de manera diferente a los informes de capacidad, que suman las velocidades de datos de muchas fibras utilizadas en paralelo.
La empresa especifica 800 gigabits por segundo por canal óptico para la transmisión. El uso de las bandas C y L extendidas reunió muchos canales de longitud de onda; El anuncio de la compañía indica plena capacidad en ambas direcciones. Por ejemplo, un antiguo informe de FuW sobre una transmisión de 661 terabits por segundo describe un sistema con 30 fibras y, por tanto, un valor de referencia diferente; Los dos registros no se pueden comparar directamente entre sí.
También debe leerse atentamente la duración indicada. Se refiere al recorrido simple de la señal a través de la fibra, no a una consulta completa a través de Internet. Al tráfico de red real se añaden enrutadores, amplificadores, operaciones de conmutación, procesamiento de servidores y rutas de retorno. Por tanto, el valor describe el tiempo de tránsito en el medio de transmisión y no el ping de un usuario.
Porque la fibra de núcleo hueco conduce la luz más rápido
En las fibras de vidrio convencionales, la luz se conduce a través de un núcleo de vidrio de cuarzo. El núcleo está rodeado por otra capa de vidrio, cuyas propiedades ópticas mantienen la luz en su interior. En una fibra de núcleo hueco, un canal lleno de aire o gas asume esta función; La onda de luz se propaga principalmente en la cavidad y, por lo tanto, interactúa menos con el vidrio. Debido a que la luz en el aire está más cerca de la velocidad de la luz en el vacío que en el vidrio de cuarzo, puede viajar la misma distancia más rápido.
Sin embargo, la cavidad no es simplemente un agujero hueco perforado en un cable. Unas finas estructuras de vidrio alrededor del canal forman una guía óptica que mantiene la luz en el núcleo, aunque no se propaga allí como en una fibra óptica normal. Dependiendo del diseño, las fibras de núcleo hueco utilizan una estructura de banda prohibida fotónica periódica u otros efectos de resonancia; En el comunicado de prensa, la estructura exacta de la fibra de prueba china no se describe hasta tal punto que pueda clasificarse con seguridad como una fibra fotónica de banda prohibida. Por lo tanto, la imagen muestra expresamente como ejemplo sólo una fibra fotónica de banda prohibida de núcleo hueco, no la fibra del experimento chino.
Huo Xiaoli, jefe de tecnología de la información y las comunicaciones de próxima generación en China Telecom, estima que la posible reducción de la latencia en comparación con las fibras de núcleo sólido es de aproximadamente el 30%. Esta afirmación se refiere a la ruta de transmisión a través de la fibra. El retraso de una red completa también depende de la distancia, el enrutamiento, los componentes activos y el procesamiento en los dispositivos finales. Por tanto, la información no puede entenderse como una reducción general de toda la latencia de Internet.
Las fibras de núcleo hueco no deben confundirse con los chips fotónicos. En los circuitos ópticos integrados, las guías de luz se fabrican directamente sobre obleas de silicio; Un artículo de FuW sobre guías de luz en chips de silicio describe esta miniaturización. La fibra de núcleo hueco china, sin embargo, resuelve un problema diferente: está destinada a transportar señales luminosas a través de conexiones largas entre lugares de forma más rápida y con alta capacidad.
¿Qué obstáculos técnicos se superaron en la prueba?
El alcance de una fibra de núcleo hueco no depende sólo de la velocidad a la que la luz viaja en la cavidad. En distancias largas la señal se debilita; Además, algunos gases del núcleo pueden absorber luz de determinadas longitudes de onda. China Telecom informa que el equipo optimizó el proceso de fabricación para eliminar las líneas de absorción de dióxido de carbono y monóxido de carbono en la banda C+L extendida. Esto era necesario para que la transmisión permaneciera estable en gran parte del espectro óptico utilizado.
Los amplificadores también debían coincidir con la fibra. Según la declaración de la compañía, el equipo evitó amplificadores de alta potencia y utilizó amplificadores disponibles comercialmente con potencia de salida normal, sintonizados con las características de pérdida de la fibra de núcleo hueco. Un poco de ecualización previa en el transmisor ayudó a mantener los canales más fluidos en la banda C+L. Esto no significa que todos los cables de fibra óptica existentes puedan simplemente reemplazarse; La propia fibra y su tecnología de conexión siguen siendo componentes especiales.
La comunicación también menciona las pruebas de reflexiones e interferencias modales. Los reflejos en las transiciones pueden reflejar parte de la luz, mientras que los diferentes modos de propagación tienen diferentes tiempos de tránsito y, por lo tanto, pueden distorsionar la señal. El equipo dijo que crearon un modelo para evaluar estas influencias y también observaron situaciones operativas extremas, como la falla de canales de longitud de onda individuales. La compañía informa que no hubo pérdidas de rendimiento y que cada sección mantuvo al menos tres decibelios de reserva de fuga y todo el sistema mantuvo al menos tres decibeles de reserva OSNR. OSNR describe la relación entre la señal óptica útil y el ruido y, por tanto, es un parámetro importante para la calidad de la señal.
Por qué los centros de datos de IA podrían beneficiarse de la fibra
Los grandes modelos de IA a menudo no se entrenan en un único servidor. Muchos aceleradores funcionan en paralelo y deben intercambiar datos constantemente, como parámetros del modelo, resultados intermedios y partes del conjunto de datos de entrenamiento. Cuanto mayor sea el ancho de banda entre los centros de datos y menor el tiempo de ejecución, menos tiempo se pierde en dicha coordinación. Wang Ruichun, científico jefe de YOFC, se refirió luego al entrenamiento y la inferencia de grandes modelos en múltiples centros de datos.
Wang afirma que una conexión más rápida también puede reducir la inversión en GPU o chips de memoria. Esta es una posible consecuencia económica, no un ahorro medido en el experimento de la fibra: una mejor conexión puede combinar recursos informáticos en múltiples ubicaciones de manera más flexible, pero no reemplaza los procesadores ni la memoria. Que esto signifique realmente comprar menos hardware depende de cómo se distribuyan las tareas, la cantidad de datos transferidos y los costes resultantes de la conexión a la red.
La tecnología no se limita a este intento de récord. CCTV informa sobre un vínculo financiero directo transfronterizo comercial, el primero de su tipo, entre Shenzhen y Hong Kong utilizando fibra de núcleo hueco, así como más de diez proyectos comerciales y piloto en Asia, Europa y otras regiones. Microsoft también afirma que ya está utilizando fibras de núcleo hueco en varias regiones de Azure para obtener datos de clientes en tiempo real. Un enlace de metro documentado conecta dos centros de datos a través de dos rutas separadas de más de 20 kilómetros cada una; Los cables híbridos contienen fibras de núcleo hueco junto con fibras monomodo tradicionales. El blog Azure Networking de Microsoft describe sus cables, procedimientos de empalme, instalación y pruebas de un extremo a otro.
Lo que la documentación aún no demuestra
Detrás de estas cifras se esconde una declaración de la empresa implicada y un informe de la emisora estatal china CCTV, resumido en inglés por el Global Times. En las fuentes disponibles no se menciona ninguna publicación especializada revisada por pares con datos de medición completos, replicaciones independientes o análisis de errores detallados. Por lo tanto, los números deben marcarse como resultados experimentales informados, no como datos de laboratorio verificados independientemente. Esto limita en qué medida se pueden derivar de ello afirmaciones generales.
Las comparaciones con fibras de núcleo macizo también dependen de la tecnología de referencia respectiva. CCTV y Global Times citan el doble de capacidad y un 60% más de alcance que las fibras de núcleo sólido de mejor rendimiento de la actualidad, así como 50 veces la distancia de intentos anteriores comparables de núcleo hueco. Las estructuras de comparación subyacentes no se describen con suficiente detalle en el breve informe como para derivar una diferencia de rendimiento generalmente válida para cada red de fibra óptica. El experimento tampoco demuestra que las fibras de núcleo hueco reemplacen a las fibras de núcleo sólido en todas partes en el corto plazo.
Para un uso a gran escala, los fabricantes deben poder producir fibras en grandes cantidades con propiedades consistentes y conectarlas de manera confiable. La nueva fibra puede funcionar con la tecnología de transmisión existente, pero aún es necesario adaptar la infraestructura pasiva. Microsoft explica que antes del lanzamiento, los operadores verifican las tasas de bits de error y las pérdidas ópticas de cada sección para detectar interferencias o empalmes defectuosos. En última instancia, lo que importa para los operadores no es sólo la velocidad de la luz, sino también la fiabilidad con la que funciona una ruta en el funcionamiento diario de la red.
Instituto de Investigación de Telecomunicaciones de China
Global Times, China completa la primera prueba de transmisión bidireccional de 1.000 km del mundo con fibra de núcleo hueco
Blog de Microsoft Azure Networking, Implementación de fibra de núcleo hueco (HCF) en la red Azure
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