Когда в конце этого года будет введен в эксплуатацию новый подводный кабель связи, он побьет рекорд по ключевому показателю: скорость передачи данных, умноженная на расстояние.
За одну секунду его шесть оптоволоконных пар, протяженностью примерно 13 000 километров (8 000 миль) между Гонконгом и Лос-Анджелесом, смогут передавать около 144 терабит в обоих направлениях.
Это столько данных, сколько можно найти на нескольких сотнях дисков Blu-ray.
Основное назначение кабеля - соединить центры обработки данных Facebook и Google в Восточной Азии с центрами обработки данных в Соединенных Штатах.
Новый кабель является частью продолжающейся трансформации подводной волоконно-оптической кабельной сети.
Первоначально по этой сети передавались телефонные звонки и факсы.
Позже эти подводные трубопроводы служили в основном для передачи данных между пользователями Интернета и множеством поставщиков услуг.
Теперь это в основном передача контента и предложений по облачным вычислениям между центрами обработки данных нескольких технологических гигантов.
В прошлом году на такие потоки приходилось 77 процентов трафика, проходящего под Атлантикой, и 60 процентов - под Тихим океаном, говорит Алан Маулдин, директор по исследованиям TeleGeography , подразделения маркетинговых исследований калифорнийской компании PriMetrica.
Неудивительно, что Facebook, Google и Microsoft теперь покупают крупные позиции в компаниях, занимающихся подводным кабелем, и управляют пунктами посадки кабелей.
Google, например, должен удваивать свою пропускную способность каждый год, чтобы поддерживать безупречный внешний вид своих вычислений «Cloud 3.0», - сказал Урс Хёльзле, старший вице-президент Google по технической инфраструктуре, на конференции и выставке оптоволоконной связи (OFC) в марте прошлого года.
И волоконно-оптические кабели должны идти в ногу со временем.
Пока эта технология способна удовлетворить растущий спрос. За более чем три десятилетия рост скорости передачи данных по оптоволоконному кабелю опередил закон Мура.
Новые типы волокон, представленные в начале 1980-х годов, увеличили пропускную способность отдельного волокна с 90 мегабит в секунду до гигабита.
Лучшие оптические передатчики подняли скорость до 10 гигабит в секунду в 1990-х годах.
А к 2000 году полностью оптические усилители в сочетании с новой оптикой могли упаковывать десятки потоков данных размером 10 Гбит / с на близко расположенных длинах волн в одно волокно и переносить эту информацию на сотни или тысячи километров.
К 2010 году более сложная схема модуляции увеличила скорость передачи данных на используемую длину волны, так что те же волокна, которые передавали 10 Гбит / с на одной длине волны, могли передавать в 10 раз больше.
Но спрос превзошел даже эти впечатляющие улучшения, и теперь отрасли требуется новое поколение технологий, чтобы накормить зверя, жаждущего полосы пропускания.
Предстоящий проложенный кабель из Лос-Анджелеса в Гонконг, названный Pacific Light Cable Network, возглавляет это новое поколение.
«Подводные кабели представляют собой вершину опыта в области оптической передачи данных, не с точки зрения емкости, а с точки зрения продукта, достигаемого по емкости, - говорит Джефф Беннетт, директор по решениям и технологиям компании Infinera Corp. , расположенной в Саннивейле, Калифорния , которая производит оконечное оборудование для кабелей.
Трансокеанские кабели проходят на тысячи километров между точками посадки, поэтому для них действительно важна скорость передачи данных, умноженная на расстояние.
И с этой точки зрения, Тихоокеанский световой кабель, преодолевший треть пути по всему миру, станет рекордом.
Такие большие расстояния являются проблемой для подводного кабеля, потому что оптические усилители требуются каждые 50 км или около того для повышения мощности сигнала.
Эти усилители добавляют шум, который затем накапливается по длине кабеля.
Сложная обработка сигналов позволяет выделить сигнал из накопленного шума, но процесс не идеален, поэтому достижимая скорость передачи данных падает с увеличением длины кабеля.
Текущий транстихоокеанский рекорд принадлежит Faster Cable , созданной NEC и принадлежащей консорциуму, включающему Google и пять азиатских телекоммуникационных операторов ( China Mobile International , China Telecom Global , Global Transit Communications , KDDI и Singtel ).
Этот кабель простирается на 9000 км между Орегоном и Японией с продлением до Тайваня.
Каждая из его шести оптоволоконных пар передает сигналы 100 Гбит / с на 100 различных длинах волн, что обеспечивает общую двустороннюю пропускную способность 60 терабит в секунду.
В соответствии с отраслевым стандартом, Faster был введен в эксплуатацию в 2016 году, и только некоторые из его 12 волоконно-оптических кабелей несли прямой трафик.
Но спрос был высоким, поэтому «Faster наполнился очень быстро», - говорит Беннетт.
Неудивительно, что специалисты по планированию в Pacific Light Data Communication в Гонконге уже решили увеличить пропускную способность для Pacific Light Cable.
Перед ними встал вопрос, как это сделать.
Один из подходов - умножить количество путей, по которым проходят оптические сигналы.
Передовой метод, который все еще ограничен лабораторией, заключается в использовании волокон, содержащих множество световодных жил, поэтому несколько оптических сигналов могут буквально проходить параллельно.
Еще один путь к высокой пропускной способности - сделать сердцевины волокна достаточно большими, чтобы световые сигналы проходили по нескольким различным путям через одно и то же волокно.
Если ядро имеет правильный размер и состав, свет, несущий различные сигналы, перекрещивается, но не взаимодействует.
Но для этой тактики требуются оптические передатчики и приемники, способные пропускать свет в ядро и выходить из него под прямым углом, чтобы разные сигналы сохранялись в разных режимах.
И, как и многоядерный подход, этот метод все еще находится в стадии разработки.
В принципе, вы можете комбинировать обе стратегии.
Волокна, которые содержат отдельные ядра, каждое из которых может передавать в нескольких режимах, были протестированы в лаборатории, но для этого процесса требуется сложное оборудование, и ожидается, что этот подход будет дорогостоящим, если и когда он в конечном итоге будет развернут в полевых условиях.
Более простой вариант - использовать несколько отдельных волокон, либо связанных в один кабель, либо разделенных между несколькими из них.
Но проверенные временем конструкции трансокеанских кабелей могут работать только с ограниченным количеством пар волокон с их длинными цепочками энергоемких усилителей.
Тихоокеанская световая кабельная сеть приняла еще одну стратегию увеличения пропускной способности: она решилась на новый оптический диапазон.
Это потому, что Faster Cable зашел настолько далеко, насколько это было практически возможно, в передаче сигналов в обычном, или C, диапазоне, длина волны которого составляет от 1530 до 1565 нанометров. Но инженеры TE SubCom , поставщика кабеля Pacific Light Data Communications , в Итонтауне, штат Нью-Джерси, открыли дополнительную полосу передачи на длинах волн между 1570 и 1610 нм, названную L (для длинных) диапазоном.
Использование диапазонов C и L, наряду с другими улучшениями, удвоило общую пропускную способность кабеля.
Помимо новаторского подхода C + L, TE SubCom также внесла улучшения в способ кодирования данных, что еще больше повысило пропускную способность.
На OFC в марте прошлого года было сообщено о передаче 70,4 Тбит / с на одно волокно в диапазонах C и L через 7600 км кабеля.
Всего шесть месяцев спустя, на Европейской конференции по оптической связи, компания сообщила об использовании другого кодирования для передачи 51,5 Тбит / с по кабелю длиной 17 107 км, установив лабораторный рекорд по произведению скорости передачи данных на расстояние.
Добавление диапазона L было явно большой победой, поэтому естественно задаться вопросом, можно ли будет добавить еще другие оптические диапазоны к подводным кабелям.
Увы, в ближайшее время на это у разработчиков мало надежды.
«Мерфи не смотрел, когда появилась группа C», - шутит Бергано, потому что все работало на удивление хорошо.
Оптические усилители на основе эрбия являются мощными и почти идеально соответствуют длине волны около 1550 нм, где оптические волокна испытывают наименьшие потери.
Диапазон L почти так же хорош, но другие диапазоны передачи волокон плохо подходят для трансокеанских кабелей из-за ограничений в доступных лазерах, усилителях или самом волокнистом материале.
Почему бы просто не сделать кабель толще, чтобы можно было набить больше волокон?
Проблема в мощности. «Современные подводные кабели ограничены мощностью электропитания, которую вы можете запустить с двух концов кабеля, - говорит Питер Винцер из Nokia Bell Labs.
Наземные кабели могут нести сотни волоконных жил, потому что содержащиеся в них оптические усилители могут подключаться к местным источникам питания, разбросанным по пути, но трансокеанские подводные кабели могут потреблять энергию только со своих концов.
И каждое волокно в транстихоокеанском кабеле протяженностью 10 000 км требует до 200 оптических усилителей на полосу, разнесенную по пути, каждый из которых требует энергии для работы.
Это, а также количество энергии, которое вы можете передавать на межконтинентальные расстояния, обычно ограничивают подводные кабели максимум восемью парами волокон.
Как же тогда подводные кабели будущего будут соответствовать постоянно растущим требованиям к пропускной способности без необходимости прокладывать их параллельно?
Одна из тактик состоит в том, чтобы разделить длинные кабели на более короткие сегменты со скачкообразным переходом между островами, которые могут предложить большую пропускную способность благодаря мощности, которая может подаваться в точках соединения.
Но это не привлекательно для интернет-гигантов, которым нужны прямые маршруты с малой задержкой между их центрами обработки данных.
Другой метод заключается в увеличении расстояния между усилителями, в некоторой степени жертвуя полосой пропускания в каждом волокне для снижения энергопотребления, что затем позволяет включать в кабель больше волокон.
Такие передовые схемы и другие свежие подходы должны помочь удовлетворить ненасытный аппетит Facebook, Google и других технологических гигантов к данным - по крайней мере, на время.
