ثبت رکورد ۳.۲ پتابیت بر ثانیه در فیبر نوری توسط پژوهشگران چینی؛ فراتر از مانورهای آزمایشگاهی؟

یک کنسرسیوم پژوهشی چینی رکورد جهانی جدیدی برای انتقال بلادرنگ داده روی فیبر نوری ثبت کرده و موفق شده ۳.۲ پتابیت داده را در هر ثانیه (Pb/s) از یک رشته کابل عبور دهد. این آزمایش در مسافتی به طول ۱۰.۳ کیلومتر و با استفاده از یک فیبر ۲۴ هسته‌ای انجام شد تا تبادل هم‌زمان دوطرفه داده‌ها به نمایش گذاشته شود.[1][2]

این دستاورد حاصل همکاری آزمایشگاه ملی کلیدی فناوری و شبکه ارتباطات نوری در گروه فناوری‌های اطلاعات و ارتباطات چین (CICT)، آزمایشگاه پنگ‌چنگ (Pengcheng) و شرکت فناوری فیبر نوری فایبرهوم فوجی‌کورا (Fiberhome Fujikura) است. نکته حائز اهمیت این است که معماری این سامانه بر پایه سخت‌افزارهای سازگار با مشخصات تجاری طراحی شده، نه تجهیزات کاملاً فانتزی و آزمایشگاهی که هرگز رنگ بازار را نمی‌بینند.[1][2]

برای درک بهتر رقم ۳.۲ پتابیت بر ثانیه — که معادل ۳ میلیون و ۲۰۰ هزار گیگابیت بر ثانیه است — باید گفت این پهنای باند از نظر تئوری برای دانلود بیش از ۲۰ هزار فیلم با کیفیت 4K تنها در یک ثانیه کفایت می‌کند؛ یا به بیانی دیگر، می‌تواند اینترنت گیگابیتی هم‌زمان ۳.۲ میلیون خانوار را پوشش دهد.[1][3]

این خبر نخستین بار روی درگاه دولتی استان هوبی چین منتشر شد؛ جایی که روی کاربرد عملی این پهنای باند دست گذاشته و اعلام شده بود این سرعت می‌تواند امکان دسترسی هم‌زمان ۳.۲ میلیون خانواده به پهن‌باند گیگابیتی را فراهم کند.[1]

این رونمایی درست در شرایطی اتفاق می‌افتد که زیرساخت‌های داده جهانی زیر بار سنگین پردازش‌های هوش مصنوعی و رایانش ابری به نفس‌نفس افتاده‌اند. استانداردهای مخابراتی سنتی دیگر پاسخگوی حجم ترافیک خروجی مراکز داده امروزی نیستند و همین موضوع رقابتی جدی برای بیرون کشیدن حداکثر ظرفیت از فیبرهای نوری فیزیکی ایجاد کرده است.[3]

افزایش ظرفیت با تلفیق فضا و طیف نوری

پژوهشگران برای دست‌یابی به این رکورد، دو تکنیک پیشرفته اپتیکی را ادغام کردند: «مالتی‌پلکسینگ تقسیم فضایی» (SDM) و «انتقال چندبانده». در این روش، به جای هدایت نور از طریق تنها یک هسته شیشه‌ای، از فیبر ویژه‌ای با ۲۴ هسته مجزا درون ابعاد استاندارد یک کابل معمولی استفاده شده است.[1][2]

این گروه در دل این ۲۴ هسته موازی، باندهای فرکانسی نوری S، C و L را به کار گرفتند تا هزاران کانال داده متمایز را به‌طور هم‌زمان منتقل کنند. این در حالی است که سیستم‌های تجاری رایج تک‌هسته‌ای (از نوع G.652) معمولاً فقط در باندهای C و L فعال هستند و سقف ظرفیت انتقال آن‌ها در محدوده ۱۰۰ ترابیت بر ثانیه (Tb/s) متوقف می‌شود.[2]

با گسترش طیف به باند S و چند برابر کردن مسیرهای فیزیکی، ظرفیت کل این سامانه نسبت به فیبرهای استاندارد تجاری ۳۲ برابر شده است. البته مهندسان این پروژه ناچار بودند تفاوت‌های رفتاری نور، میزان اتلاف و ویژگی‌های فنی متغیر در هر یک از این باندهای فرکانسی ترکیبی را با دقت مدیریت کنند.[1][2]

یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در مالتی‌پلکسینگ فضایی، پدیده هم‌شنوی یا کراس‌تاک (Crosstalk) است؛ یعنی همان نشت سیگنال از یک هسته به هسته‌های مجاور که داده‌ها را تخریب می‌کند. تیم چینی با اتکا به روش‌های پیشرفته مدولاسیون و ماژول‌های نوری همدوس تجاری توانست ضمن مهار این تداخل، پایداری سیگنال را در طول مسیر ۱۰.۳ کیلومتری حفظ کند.[1][2]

سخت‌افزار استاندارد تجاری در برابر رکوردسازی‌های آزمایشگاهی

تمایز اصلی رکورد ۳.۲ پتابیت بر ثانیه، انتقال زنده و بلادرنگ با قطعاتی است که از استانداردهای تجاری تبعیت می‌کنند. پیش از این آزمایش‌های آکادمیک توانسته بودند در فیبرهای مخابراتی ۲۴ هسته‌ای مشابه به رکوردهای بالاتری نظیر ۵.۲۹ پتابیت بر ثانیه هم برسند، اما آن پروژه‌ها متکی بر پردازش سیگنال آفلاین و سناریوهای شبیه‌سازی‌شده بودند.[1][3]

آن رکوردهای صرفاً آزمایشگاهی معمولاً نیازمند دم‌ودستگاه‌های غیرمعمولی هستند که امکان جاگذاری آن‌ها در شبکه‌های دنیای واقعی وجود ندارد. در نقطه مقابل، تیم CICT و آزمایشگاه پنگ‌چنگ از ماژول‌های نوری استفاده کرده‌اند که ساختار آن‌ها مستقیماً شرایط استقرار در زیرساخت‌های عملیاتی را بازتاب می‌دهد.[2][3]

در جریان این تست، انتقال بلادرنگ با نرخ ۴۰۰ گیگابیت بر ثانیه به ازای هر طول موج در باند S و ۱.۲ ترابیت بر ثانیه در باندهای C و L به اثبات رسید. رعایت این معیارهای تجاری نشان می‌دهد که معماری ارائه‌شده می‌تواند در آینده‌ای نه‌چندان دور به شبکه‌های سازمانی و عمومی راه پیدا کند.[1][2]

جهش سریع در مرزهای ارتباطات نوری

ثبت سرعت ۳.۲ پتابیت بر ثانیه نمایانگر جهشی نزدیک به ۳۰ درصدی نسبت به رکورد قبلی خود این کنسرسیوم است؛ همین گروه در اوایل سال ۲۰۲۶ با ساختاری مشابه از فیبرهای ۲۴ هسته‌ای موفق شده بود نرخ ۲.۵ پتابیت بر ثانیه را به ثبت برساند.[1][2]

دستیابی به افزایش ۳۰ درصدی ظرفیت در طول یک سال، از شتاب چشمگیر تحقیقات حوزه شبکه‌های نوری حکایت دارد. نتایج این آزمایش به‌صورت رسمی برای داوری همتا و انتشار به نشریه معتبر Journal of Lightwave Technology فرستاده شده است.[1][2]

با تمام این اوصاف، هرچند آزمون ۱۰.۳ کیلومتری کارآمدی روش چند‌هسته‌ای و چندبانده را برای ارتباطات کوتاه‌برد اثبات می‌کند، مقیاس‌پذیر کردن این فناوری برای کابل‌های زیردریایی اقیانوسی یا شبکه‌های زمینی بین‌شهری چالش‌های فیزیکی سنگینی به همراه دارد. افت تدریجی سیگنال و لزوم به‌کارگیری تقویت‌کننده‌های نوری چند‌هسته‌ای اختصاصی، موانع فنی عمده‌ای در مسافت‌های طولانی هستند.[1][3]

در وضعیت فعلی، اصلی‌ترین ذی‌نفعان این دستاورد اپراتورهای مراکز داده بسیار بزرگ (Hyperscale) خواهند بود که برای رفع تنگنای پهنای باند میان خوشه‌های عظیم پردازنده‌های گرافیکی به تکاپو افتاده‌اند. انتقال ۳.۲ پتابیت داده در ثانیه تنها از طریق یک رشته فیبر، اندازه فیزیکی رک‌ها و بهره‌وری زیرساخت‌های نسل بعد هوش مصنوعی را زیر و رو خواهد کرد.[3]

این دستاورد در مقطعی معرفی می‌شود که تقویم صنعت پر از اخبار فناوری‌های اتصال نوری و تلاش برای یکپارچه‌سازی راه‌حل‌های فوتونیکی است. با رونق فوتونیک سیلیکونی و اپتیک‌های مجتمع (Co-packaged Optics)، تبادل داده در مقیاس پتابیت در مسافت‌های کوتاه به محرک اصلی توسعه مدل‌های بزرگ هوش مصنوعی تبدیل شده است.[1]

گذر از فیبرهای تک‌هسته‌ای ۱۰۰ ترابیتی به معماری‌های چند‌هسته‌ای ۳.۲ پتابیتی جهشی نسلی در توانمندی شبکه‌هاست. البته آزمون واقعی این فناوری زمانی فرامی‌رسد که این کابل‌های ۲۴ هسته‌ای نه در قالب بیانیه یک دولت استانی، بلکه در شرایط سخت عملیاتی یک مرکز داده تجاری زیر بار زنده قرار بگیرند.[1][3]