Nakamit ng China ang 2.5 Petabit na Tagumpay sa Optical Transmission, Nagbubukas ng Bagong Panahon ng Imprastrakturang Handa sa AI

Ang Bukang-Liwayway ng Petabit Transmission

Binasag ng mga mananaliksik na Tsino ang mga dating hangganan sa paghahatid ng datos matapos makamit ang real-time na bidirectional na komunikasyon sa bilis na 2.5 petabit bawat segundo sa iisang optical fiber. Inanunsyo ng State Key Laboratory of Optical Communication Technologies and Networks sa ilalim ng China Information and Communication Technologies Group Corporation ang tagumpay na ito, na kumakatawan sa malaking pagbabago sa paraan ng pagpapadala ng sangkatauhan ng impormasyon sa malalayong lugar. Itinatampok nito ang China bilang nangunguna sa teknolohiya ng susunod na henerasyon ng optical networking, sa panahong mabilis na lumalaki ang pandaigdigang pangangailangan sa datos at hindi na ito kayang tugunan ng kasalukuyang imprastraktura.

Para maunawaan ang laki ng tagumpay na ito, isipin na ang 2.5 petabit bawat segundo ay katumbas ng humigit-kumulang 290,000 gigabyte ng datos na naipapadala bawat segundo. Sa praktika, kayang mag-download ng ganitong kapasidad ng 14,000 high-definition na 4K na pelikula, na nangangailangan ng tig-20 gigabyte na imbakan, sa loob lamang ng isang segundo. Sampung ulit na mas malaki ito kaysa sa kakayahan ng kasalukuyang komersyal na optical network, at nagtatakda ng bagong pamantayan sa kayang gawin ng pisikal na imprastraktura ng komunikasyon.

Gumamit si Yang Chao, isang research fellow sa CICT na nag-ambag sa proyekto, ng malinaw na paghahambing upang ipaliwanag ang kahalagahan ng pag-unlad na ito.

Noon, mga lansangan ang itinatayo namin, pero ngayon, para na itong pagtatayo ng isang three-dimensional na network ng transportasyon.

Dumating ang tagumpay na ito sa kritikal na panahon kung kailan mabilis at lumalaki nang papabilis ang konsumo ng datos sa buong mundo. Papalapit na sa mga teoretikal na hangganan ng kapasidad ang mga tradisyonal na single-mode fiber system, na ilang dekada nang nagsisilbing gulugod ng internet, habang nangangailangan naman ng walang kapantay na bandwidth ang artificial intelligence, pagpoproseso ng large-language model, at malalaking data center. Ipinahihiwatig ng tiyempo nito na hindi lamang ito unti-unting pagpapahusay, kundi isang kinakailangang hakbang sa ebolusyon ng digital na imprastraktura.

Paano Gumagana ang 24-Core na Arkitektura

Ang pangunahing inobasyong nagbigay-daan sa napakabilis na transmisyong ito ay hindi lamang pagpapabilis sa umiiral na teknolohiya, kundi muling pag-iisip sa mismong pisikal na estruktura ng mga optical fiber. Kung ang karaniwang fiber optic ay parang iisang lane na kalsada kung saan dumaraan ang datos sa isang channel, gumagamit naman ang bagong sistema ng 24-core single-mode fiber, na lumilikha ng 24 na magkahanay na channel sa loob ng iisang kable na hindi mas makapal sa hibla ng buhok ng tao.

Kilalá bilang space-division multiplexing, kumakatawan ang paraang ito sa malaking pagbabago sa optical engineering. Umaasa ang mga tradisyonal na pamamaraan sa time-division o wavelength-division multiplexing, mga teknik na nagpapasok ng mas maraming datos sa iisang channel sa pamamagitan ng pagbabago sa tiyempo o kulay ng liwanag. Gayunman, sumasalubong na ang mga pamamaraang ito sa mga pangunahing pisikal na limitasyon, kabilang ang nonlinear optical effects at mga hangganan ng kapasidad ni Shannon.

Sa paggamit ng 24-core fiber, epektibong lumikha ang mga mananaliksik ng maraming lane para sa mga photon. Gumaganap ang bawat core bilang isang hiwalay na waveguide, na nagdadala ng sarili nitong trapiko na nasa antas ng terabit habang pinananatili ang integridad ng signal sa napakahahabang distansya. Matagumpay na naipakita ng pangkat ng CICT ang bidirectional na transmisyon, ibig sabihin, sabay na dumadaloy ang datos sa magkabilang direksyon sa lahat ng 24 na core, kaya halos nadodoble ang praktikal na kapasidad kumpara sa mga sistemang iisa ang direksyon ng daloy.

Ang Pagputok ng Dami ng Datos sa Artificial Intelligence

Dumating ang mahalagang tagumpay na ito sa teknolohiya sa mismong panahong nahaharap ang pandaigdigang digital na imprastraktura sa pinakamalubhang kakulangan sa kapasidad. Lumilikha at kumokonsumo ang mga modernong AI training cluster at data center para sa large-language model ng dami ng datos na hindi maisip limang taon pa lamang ang nakalipas. Ipinahihiwatig ng kasalukuyang mga pagtataya na magiging mahahalagang tagumpay sa mga laboratoryo sa loob ng susunod na dekada ang mga optical interconnect na may kapasidad na petabit bawat segundo, at susunod di-kalaunan ang komersyal na paggamit ng mga ito.

Ipinakikita ng pananaliksik sa mga pangangailangan sa photonic chip ng mga computing center sa susunod na henerasyon kung bakit apurahan ang kahalagahan ng tagumpay ng CICT. Kailangan ng mga AI accelerator at high-performance computing node ng mga optical input-output chip na kayang humawak ng trapikong nasa antas ng petabit, upang hindi mawalan ng datos ang mga processing unit. Nilimitahan ng mga teknikal na hamon gaya ng integrasyon ng laser, bilis ng modulation, at husay ng photodetector ang mga naunang pagtatangkang maabot ang ganitong bilis.

Unti-unti nang papalapit sa ganap na hangganan ng kapasidad ang mga tradisyonal na single-mode fiber system, na nagdadala ngayon ng malaking bahagi ng pandaigdigang trapiko sa internet. Kung walang mga inobasyong gaya ng multi-core fiber at makabagong mga teknik sa multiplexing, hindi maiiwasang makaranas ng pagsisikip sa mga susunod na taon ang pisikal na imprastrakturang sumusuporta sa cloud computing, mga streaming service, at mga umuusbong na aplikasyon ng AI.

Pagtugon sa Balakid ng Petabit

Kinakailangan ang paglutas sa mga pangunahing hamon sa inhinyeriya na matagal nang pumipigil sa mga mananaliksik upang maabot ang bilis ng transmisyong petabit. Ayon sa mga kamakailang pag-aaral sa mga pangangailangan sa photonic chip ng mga computing center sa susunod na henerasyon, kailangan ng mga tagumpay sa integrasyon ng laser, bilis ng modulation, pagpapalawak ng multiplexing at demultiplexing, husay ng photodetector, at densidad ng packaging upang makamit ang kapasidad na petabit bawat segundo. Lalong tumitindi ang mga hamong ito habang pinalalaki ng mga data center ang kapasidad upang suportahan ang pagsasanay sa mga artificial intelligence model na may trilyon-trilyong parameter, kung saan maaaring magdagdag ng mga araw o linggo sa oras ng pagsasanay kahit ang ilang microsecond na pagkaantala sa paglilipat ng datos.

Tinugunan ng pangkat ng CICT ang mga hamong ito sa pamamagitan ng mga inobasyon sa multi-band transmission, gamit nang sabay-sabay ang iba't ibang saklaw ng wavelength upang paramihin ang magagamit na spectrum. Sa pagsasama ng space-division multiplexing, na gumagamit ng 24 na pisikal na core, at mga makabagong teknik sa wavelength, epektibong nakabuo ang mga mananaliksik ng paraang nagpapalawak sa dalawang dimensyon at lumalampas sa mga limitasyong kinakaharap ng mga sistemang iisa ang dimensyon. Kinakatawan ng pinagsamang estratehiyang ito ang pinakapraktikal na landas tungo sa mga network na nasa antas ng exabit, na kakailanganin ng mga susunod na henerasyon.

Mahalaga rin ang mga pagsulong sa agham ng materyales. Nangailangan ang 24-core fiber na ginawa ng Fiberhome Fujikura ng tumpak na pagkontrol sa mga profile ng refractive index ng bawat core upang maiwasan ang crosstalk sa pagitan ng mga channel. Makababawas sa kalidad ng transmisyon ang anumang pagtagas ng signal sa pagitan ng mga core, kaya hindi maisasagawa sa malalayong distansya ang konsepto ng maraming lane. Ipinakikita ng matagumpay na demonstrasyon na napag-aralan na ng mga tagagawa sa China ang masalimuot na mga teknik sa paggawa na kailangan para sa komersyal na produksyon ng mga advanced na fiber na ito.

Pagpapatunay sa Inhinyeriya at Pakikipagtulungan sa Industriya

Higit pa sa isang eksperimento sa laboratoryo ang tagumpay ng CICT. Pinatutunayan nito na praktikal sa inhinyeriya ang pagsasama ng space-division multiplexing at mga teknolohiya ng multi-band transmission sa mga totoong kondisyon, at na maaasahang mapapatakbo ang mga network na nasa antas ng petabit sa labas ng mga kontroladong kapaligiran ng eksperimento. Pinag-isa ng pananaliksik ang tatlong magkakaibang organisasyon: ang State Key Laboratory ng CICT, Pengcheng Laboratory, at Fiberhome Fujikura Optic Technology Company. Bunga nito, napagsama ang teoretikal na pananaliksik, mga mapagkukunan sa computing, at kadalubhasaan sa pagmamanupaktura.

Pinag-uugnay ng pakikipagtulungang ito ang makabagong kakayahan sa akademikong pananaliksik at kaalaman sa komersyal na pagmamanupaktura na naipon sa loob ng ilang dekada ng produksyon ng fiber optic. Nagbibigay ang Fiberhome Fujikura ng praktikal na kadalubhasaan sa paghila ng fiber, paglalagay ng patong, at paggawa ng kable na kailangan upang makagawa ng 24-core fiber sa antas-industriya. Samantala, naglalaan ang Pengcheng Laboratory ng imprastraktura para sa high-performance computing na kailangan upang lumikha at magberipika ng mga daloy ng datos na nasa antas ng petabit nang walang bottleneck. Pinatutunayan ng matagumpay na demonstrasyon na maaaring maisalin ang mga teknolohiyang ito mula sa mga papel tungkol sa teoretikal na pisika tungo sa imprastrakturang maikakabit at mapananatili ng mga telecom operator.

Bilang pangunahing negosyo sa sektor ng optical communication ng China, patuloy na nakatuon ang CICT sa tinatawag ng industriya na three ultres: ultra-large capacity, ultra-high-speed, at ultra-long distance transmission. Pinagtitibay ng tagumpay na ito ang mga taon ng hiwa-hiwalay na inobasyon sa mga pangunahing optical technology, kabilang ang mga advanced na modulation format, algorithm sa digital signal processing, at mga espesyal na optical amplifier. Sa pagkamit ng mga resultang ito sa pamamagitan ng sariling pananaliksik, pinatitibay ng organisasyon ang posisyon nito sa unahan ng pagbuo ng mga network sa susunod na henerasyon at binabawasan ang pagdepende sa mga dayuhang supplier ng optical component.

Pandaigdigang Kompetisyon at Estratehikong Posisyon

Binigyang-diin ni Xiang Ligang, director-general ng Zhongguancun Modern Information Consumer Application Industry Technology Alliance, ang pandaigdigang kahalagahan ng pag-unlad na ito.

Lalo pang pinatitibay ng tagumpay na ito ang nangungunang posisyon ng China sa buong mundo sa larangan ng optical communications at isusulong nito ang pag-upgrade at pag-unlad ng industriya ng optical communication.

Naging mahalagang larangan ng tunggalian para sa soberanyang teknolohikal sa ika-21 siglo ang sektor ng optical communications. Malaki ang bigat sa ekonomiya at estratehiya ng pagkontrol sa pundamental na imprastrakturang nagdadala ng pandaigdigang daloy ng datos, at nakaaapekto ito sa lahat mula sa presyo ng mga cloud service hanggang sa komunikasyon para sa pambansang seguridad. Ang mga bansang at kumpanyang mangunguna sa mga pamantayan ng transmisyon sa susunod na henerasyon ang huhubog sa estruktura ng digital na ekonomiya sa mga darating na dekada at magtatakda kung sino ang kikita mula sa mahalagang imprastraktura ng internet.

Sa pagpapakita ng gumaganang transmisyong nasa antas ng petabit bago pa maging komersyal na pangangailangan ang ganitong kapasidad, nagkakaroon ang mga mananaliksik na Tsino ng mahalagang paunang bentahe sa pagtatakda ng mga pamantayan, pagbuo ng mga internasyonal na patent, at paghahanda sa pagmamanupaktura. Nagbibigay ito ng pagkakataon sa mga lokal na industriya na magsuplay ng mga optical component, espesyal na kable, at kagamitang pangtransmisyon na tiyak na kakailanganin ng mga telecom operator sa buong mundo habang ina-upgrade nila ang imprastraktura upang tugunan ang paglaki ng datos na dulot ng AI. Maaaring magbigay ng pangmatagalang bentahe ang maagang pamumuno sa teknolohiya ng multi-core fiber, gaya ng naging bentahe ng mga pamantayan ng single-mode fiber para sa mga kumpanyang Kanluranin noong unang itinayo ang internet.

Mula sa Laboratoryo Tungo sa Tahanan

Bagaman maaaring tila abstrakto sa karaniwang mamimili ang petabit transmission, mararamdaman na ang mga epekto nito ng mga pang-araw-araw na gumagamit at negosyo sa loob ng ilang taon, hindi mga dekada. Nagbibigay ang teknolohiyang ito ng suporta para sa mabilis at matatag na optical communication sa mga advanced na mobile network, cloud computing platform, at pagsusuri ng big data. Direktang nagbibigay-daan ito sa lubos na digitalisadong ekonomiyang isinusulong ng mga tagapagpatupad ng polisiya at lider sa teknolohiya sa buong Asia at iba pang panig ng mundo.

Kabilang sa mga agarang aplikasyon para sa mga mamimili ang tuluy-tuloy na live streaming ng 8K nang walang pagkaantala dahil sa buffering, mga real-time na pakikipag-ugnayan sa AI na tila talagang agad-agad, at mga karanasan sa cloud gaming na hindi maipag-iiba sa paglalaro sa lokal na console. Kabilang naman sa mga medikal na aplikasyon ang real-time na pagpapadala ng mga high-resolution na larawan para sa konsultasyon sa malayuang operasyon. Makikinabang din ang mga pamilihang pinansyal sa bentahe ng latency na nasa antas ng microsecond sa mga algorithmic trading system. Magagamit ng mga industriya ng pagmamanupaktura ang mas sopistikadong automation, kung saan agad na nakikipag-ugnayan ang mga sentralisadong control system sa malalayong pasilidad.

Marahil ang pinakamahalaga, nilulutas ng malawak na bandwidth na ito ang bottleneck sa paglilipat ng datos na kasalukuyang pumipigil sa pag-unlad ng artificial intelligence. Kailangan sa pagsasanay ng mga sopistikadong neural network ang paglilipat ng napakalalaking dataset sa pagitan ng mga storage system at processing unit sa iba't ibang bahagi ng mga distributed computing cluster. Nagbibigay-daan ang mga petabit network na lumampas ang kapasidad ng mga AI cluster sa kasalukuyang mga limitasyon, na posibleng magpabilis sa mga tagumpay sa siyentipikong pananaliksik, pagtuklas ng gamot, pagmomodelo ng klima, at pagbuo ng mga autonomous na sasakyan. Paganahin ng imprastraktura ang susunod na yugto ng inobasyong teknolohikal na nakasalalay sa tuluy-tuloy na paglilipat ng napakalalaking daloy ng impormasyon sa mga lungsod, bansa, at kontinente.

Mahahalagang Punto

• Nakamit ng CICT at mga katuwang nito ang bidirectional na transmisyon na 2.5 petabit bawat segundo sa 24-core single-mode fiber, katumbas ng pag-download ng 14,000 4K na pelikula sa loob ng isang segundo
• Gumagamit ang tagumpay na ito ng space-division multiplexing, na lumilikha ng 24 na magkahanay na channel ng datos sa iisang fiber sa halip na basta pabilisin ang tradisyonal na transmisyon sa iisang core
• Papalapit na sa mga pisikal na hangganan ng kapasidad ang mga tradisyonal na fiber optic system habang nangangailangan naman ng dumaraming bandwidth ang AI, mga large-language model, at mga data center
• Pinatutunayan ng tagumpay na praktikal sa inhinyeriya ang mga optical network sa susunod na henerasyon, na inaasahang magiging mahalaga sa loob ng susunod na dekada upang suportahan ang advanced na computing
• Kabilang sa mga aplikasyon ang tuluy-tuloy na streaming ng 8K, real-time na pakikipag-ugnayan sa AI, cloud computing, at pinabilis na pagsasanay sa mga artificial intelligence cluster
• Lalo pang pinatitibay ng tagumpay na ito ang nangungunang posisyon ng China sa pandaigdigang teknolohiya ng optical communications at pinauunlad ang kakayahan ng lokal na pagmamanupaktura