光纤形态革新：迈向更低延迟与更高密度

  ICC讯   如今的光纤介质已然是工程学上的一项壮举。试想，20多年前铺设于太平洋底的一根单股光纤现在能承载1.2Tbps的流量，而较短距离的线路甚至能承载高达1.6Tbps。本世纪初围绕100Mbps速率构建的光纤到户服务，如今正升级至25G和50G无源光网络，并在下一个升级周期将支持200G PON。光纤正持续以更低的成本、更低的延迟，并以高度可靠、稳健和安全的方式提供不断提升的速率。

  CableLabs认为，当前已"部署于地下"（in the ground）的光纤未来某个时刻能支持高达50,000Gbps的速率，但如今已有大量用户希望将光纤的效用、密度和性能提升至新的高度。

  更小尺寸的光纤选项

  目前有多种提升光纤技术的路径正在悄然（有时也不那么安静地）推进中。其中一条路径是使光纤物理尺寸更小。传统的单模光纤直径为242微米，已经非常细小。相比之下，一根人类头发的直径大约为50至100微米。

  如今，康宁等公司已能提供直径200微米的单股光纤，这一微小变化能快速产生显著影响。从住宅到企业应用，更小的尺寸总是更好，因为它使安装人员能将更多光纤布设到更多地方，增加容量紧张管道中的光纤数量，减轻空中部署的负重，并使本就谨慎的光纤部署进入办公室和多住户单元变得更加容易。

  更小直径光纤真正大放异彩的领域是在AI数据中心。构建下一代AI所需的高密度计算，使得每一立方英寸的空间都变得宝贵，因为机架、服务器，乃至越来越多的单个芯片都需要自己专用的通信通道。

  小直径光纤唯一的缺点在于需要与现有的大直径光纤进行接续。这需要一些专用工具，并且光纤技术人员需要接受相关操作培训，但这并非重大挑战。

  空芯光纤与多芯光纤的兴起

  空芯光纤（HCF）是光纤介质的下一个重大进展，它通过空气或真空而非玻璃来导引激光。简而言之，光在玻璃中的传输速度比在空心的管道（波导）中慢，而且玻璃也限制了可用于数据传输的光频数量。如果将单模光纤比作标准高速公路，那么空芯光纤就是高速公路，它能降低延迟、增加当前传输距离，并具有未来进一步提升速度的潜力。

  采用空芯光纤，传输速度可提升47%，延迟可降低33%。此外，更低的信号损失意味着在任意给定距离内所需的中继器更少，从而转化为更低的能耗。过去五年中，初始数量的HCF已被生产并部署，用于短距离办公室或数据中心之间的延迟降低，同时制造商不断完善这种介质以改进其损耗特性，使其达到或超越传统光纤的水平。

  2022年，微软收购了空芯光纤制造商Lumenisity，该公司随后开始在英国生产空芯光纤，并推动了进一步的HCF研究。去年，该公司宣布将在两年内在其Azure数据中心网络中部署15,000公里的空芯光纤，以支持人工智能连接需求。今年，微软宣布已成功研制出损耗特性优于传统光纤的空芯光纤，这实际上为大规模生产打开了大门。

  但这并未止步。2025年9月下旬，微软宣布正与康宁和Heraeus Covantics合作，以建立额外的"空芯光纤工业化规模生产"来满足其数据中心对此材料的需求。我们可以预期其他光纤制造商将开始提升其空芯光纤产量，并推广该介质在数据中心及其他应用中的使用。

  可以肯定的是，将空芯光纤推向主流仍有许多工作要做。这需要培养一批熟练掌握该介质操作和接续技能的光纤技术人员，制定新工具和标准，并权衡使用标准光纤与性能更优但成本更高的空芯光纤之间的利弊。微软正与康宁和Heraeus就所有这些问题进行合作，作为构建标准化全球生态系统努力的一部分，以支持大规模部署到运营商环境中的空芯光纤。

  空芯光纤对量子计算也具有重要意义，它能扩展量子比特的传输距离，而无需路由器或中继器等额外设备，这些设备目前在量子网络中尚不存在。当此类设备被创造出来时，其初始成本将高于现有网络设备。空芯光纤应能减少对未来量子网络设备的需求，从而节省资金并加速部署时间。

  多芯光纤（MCF）是光纤创造更大带宽的第三条路径，它将多个导光纤芯放入单根光纤中，使得更多信号能沿单根光纤同时传输。多芯光纤提高了光纤密度和带宽，Lightera和住友电气等制造商正致力于对其进行改进并产品化以供普遍使用。

  已有一些非常引人瞩目的多芯技术演示。今年早些时候，住友和日本国家信息与通信技术研究所宣布了一项世界纪录，他们使用19芯光纤在超过1,800公里（相当于从密苏里州到蒙大拿州的距离）上传输了超过1PB/秒的数据。更接近部署的是，Lightera正在向选定客户送样多芯光纤解决方案，并已展示其能够生产从4芯到8芯不等的光纤。

  多芯光纤拥有广泛的应用，包括海底和陆地连接，以及数据中心应用中交换机、服务器和存储设备之间的高密度、高速连接。Lightera已演示了在短距离应用中以800Gbps支持8芯多芯光纤的能力，以及在10公里距离上以400Gbps支持4芯多芯光纤的能力。

  然而，与空芯光纤一样，多芯光纤也面临自身的挑战。尽管先进光子联盟（Advanced Photonics Coalition）中有一个多芯光纤工作组，但他们尚未建立关于核心数量、核心布局和包层直径等基本特性的标准，这使得目前每一个多芯光纤的现场部署都成为定制化工程。需要建造用于多芯接续的专用工具，特别是要确保其能够快速、低损耗、高强度地接续。最后，还需要训练有素的多芯光纤技术人员，他们最好能遵循并遵守已建立的标准。

  尽管如此，随着多芯光纤的成熟，它将与标准光纤和空芯光纤并驾齐驱，为数据中心、超大规模提供商、云和服务提供商以及企业提供更多网络选择。或许我能提供的最具前瞻性的观察是，网络规划者应仔细考虑已部署光纤与可用管道之间的未来平衡，以便在客户需要时（例如空芯光纤或多芯光纤）能够推出新的解决方案。

  传统的单股光纤并不会消失，但能够为追求更低延迟、更高密度和/或更大带宽的高级用户提供选择，总是一件好事。

  作者：Gary Bolton是光纤宽带协会（Fiber Broadband Association）的总裁兼首席执行官，该协会是致力于全光纤宽带的最大行业协会。在加入光纤宽带协会之前，Gary曾在两家成功的风险投资高科技初创公司和大型上市公司担任市场营销、产品线管理和公共政策方面的高管职务。他拥有杜克大学的工商管理硕士学位和北卡罗来纳州立大学的电气工程学士学位。

  原文：https://www.lightwaveonline.com/home/article/55332728/fibers-physical-evolutions