Innovazione nella forma della fibra ottica: verso una latenza inferiore e una densità più elevata

Il mezzo di fibra ottica di oggi è già un'impresa notevole nel campo dell'ingegneria. Immagina: una fibra ottica a-filo singolo posata sul fondo dell'Oceano Pacifico più di 20 anni fa può ora trasportare un volume di traffico di 1,2 Tbps, mentre linee più brevi possono trasportare anche fino a 1,6 Tbps. Il servizio Fibra-a-casa-costruito con una velocità di 100 Mbps all'inizio di questo secolo viene ora aggiornato alle reti ottiche passive 25G e 50G e supporterà 200G PON nel prossimo ciclo di aggiornamento. Le fibre ottiche forniscono continuamente velocità crescenti a costi inferiori, con una latenza inferiore e in modo altamente affidabile, robusto e sicuro.

 

CableLabs ritiene che le fibre ottiche attualmente "dispiegate nel terreno" potrebbero supportare velocità fino a 50.000 Gbps in futuro, ma oggigiorno un gran numero di utenti spera già di aumentare l'utilità, la densità e le prestazioni delle fibre ottiche a nuovi livelli.

 

Opzioni di fibra ottica-di dimensioni più piccole

 

Al momento, esistono molteplici percorsi per migliorare la tecnologia della fibra ottica che stanno avanzando silenziosamente. Uno dei percorsi è quello di ridurre le dimensioni fisiche delle fibre ottiche. La tradizionale fibra ottica mono-modale ha un diametro di 242 micrometri, che è già molto piccolo. Al contrario, il diametro di un capello umano è di circa 50-100 micrometri.

 

Al giorno d'oggi, aziende come Corning sono già in grado di fornire fibre ottiche a-filo singolo con un diametro di 200 micrometri. Questo piccolo cambiamento può avere rapidamente un impatto significativo. Dalle applicazioni residenziali a quelle aziendali, una dimensione più piccola è sempre migliore perché consente agli installatori di posare più fibre ottiche in più luoghi, aumentare il numero di fibre ottiche in tubazioni a capacità ridotta, ridurre il carico della distribuzione aerea e facilitare l'implementazione, già cauta, della fibra ottica negli uffici e nelle unità domestiche multiple.

 

L’area in cui le fibre ottiche di diametro più piccolo brillano davvero è nei data center AI. L'alta-densità di calcolo necessaria per costruire la prossima generazione di IA rende prezioso ogni centimetro cubo di spazio, poiché rack, server e un numero crescente di singoli chip necessitano tutti di canali di comunicazione dedicati.

 

L'unico inconveniente delle fibre ottiche di-diametro piccolo è che devono essere giunte con le fibre ottiche di-diametro grande esistenti. Ciò richiede alcuni strumenti specializzati e i tecnici della fibra ottica devono ricevere una formazione operativa pertinente, ma questa non è una sfida importante.

 

L'ascesa delle fibre ottiche cave e delle fibre ottiche multi-core

 

La fibra a nucleo cavo (HCF) rappresenta il prossimo grande progresso nei supporti in fibra, guidando i laser attraverso l'aria o il vuoto anziché nel vetro. In breve, la velocità di trasmissione della luce nel vetro è più lenta di quella nei tubi cavi (guide d'onda), e il vetro limita anche il numero di frequenze ottiche disponibili per la trasmissione dei dati. Se le fibre ottiche mono-modali vengono paragonate alle autostrade standard, le fibre ottiche-nucleo cave sono come le autostrade. Possono ridurre la latenza, aumentare la distanza di trasmissione attuale e avere il potenziale per aumentare ulteriormente la velocità in futuro.

Utilizzando fibre ottiche cave, la velocità di trasmissione può essere aumentata del 47% e la latenza può essere ridotta del 33%. Inoltre, una minore perdita di segnale significa che sono necessari meno ripetitori entro una data distanza, il che si traduce in un minore consumo energetico. Negli ultimi cinque anni, la quantità iniziale di HCF è stata prodotta e distribuita per ridurre la latenza tra uffici o data center a breve-distanza. Nel frattempo, i produttori hanno costantemente migliorato questo mezzo per migliorarne le caratteristiche di perdita, facendolo raggiungere o superare il livello delle fibre ottiche tradizionali.

 

Nel 2022, Microsoft ha acquisito Lumenisity, un produttore di fibre a nucleo cavo. L'azienda ha quindi iniziato a produrre fibre a nucleo cavo-nel Regno Unito e ha portato avanti ulteriori ricerche sull'HCF. L’anno scorso, la società ha annunciato che avrebbe distribuito 15.000 chilometri di fibra cava nella sua rete di data center Azure entro due anni per supportare i requisiti di connessione dell’intelligenza artificiale. Quest'anno, Microsoft ha annunciato di aver sviluppato con successo fibre ottiche a nucleo cavo-con caratteristiche di perdita migliori rispetto alle fibre ottiche tradizionali, il che apre di fatto le porte alla produzione su larga-scala.

 

Ma questo non si è fermato. Alla fine di settembre 2025, Microsoft ha annunciato che stava collaborando con Corning e Heraeus Covantics per stabilire un'ulteriore "produzione su scala industriale-di fibra cava" per soddisfare la domanda di questo materiale nei suoi data center. Possiamo aspettarci che altri produttori di fibre ottiche inizieranno ad aumentare la loro produzione di fibre ottiche a nucleo cavo-e a promuovere l'uso di questo mezzo nei data center e in altre applicazioni.

 

È certo che c'è ancora molto lavoro da fare per portare le fibre ottiche-nucleo cave al mainstream. Ciò richiede la formazione di un gruppo di tecnici della fibra ottica esperti nel funzionamento e nelle capacità di giunzione di questo mezzo, la formulazione di nuovi strumenti e standard e la valutazione dei pro e dei contro dell'utilizzo delle fibre ottiche standard rispetto alle fibre ottiche con nucleo cavo-migliori ma più costose-con prestazioni. Microsoft sta collaborando con Corning e Heraeus su tutte queste questioni nell'ambito del suo impegno volto a creare un ecosistema globale standardizzato per supportare l'implementazione su larga-scala di fibre a nucleo cavo-negli ambienti degli operatori.

 

Anche le fibre ottiche cave sono di grande importanza per l’informatica quantistica. Possono estendere la distanza di trasmissione dei qubit senza la necessità di dispositivi aggiuntivi come router o ripetitori, che attualmente non esistono nelle reti quantistiche. Quando verranno creati tali dispositivi, il loro costo iniziale sarà superiore a quello dei dispositivi di rete esistenti. Le fibre ottiche Hollow-core dovrebbero essere in grado di ridurre la domanda di future apparecchiature di rete quantistica, risparmiando così denaro e accelerando i tempi di implementazione.

 

La fibra multi-core (MCF) è il terzo percorso utilizzato dalle fibre ottiche per creare una maggiore larghezza di banda. Posiziona più nuclei di fibra ottica in un'unica fibra ottica, consentendo la trasmissione simultanea di più segnali lungo una singola fibra. Le fibre ottiche multi-core aumentano la densità della fibra e la larghezza di banda. Produttori come Lightera e Sumitomo Electric stanno lavorando per migliorarli e commercializzarli per un uso diffuso.

Ci sono già state alcune dimostrazioni davvero notevoli di tecnologie multi-core. All'inizio di quest'anno, Sumitomo e l'Istituto nazionale di tecnologia dell'informazione e della comunicazione del Giappone hanno annunciato un record mondiale. Hanno utilizzato fibre ottiche a 19-core per trasmettere oltre 1 PB al secondo di dati su una distanza di oltre 1.800 chilometri (equivalente alla distanza dal Missouri al Montana). Più vicino all'implementazione è che Lightera sta inviando campioni di soluzioni in fibra ottica multi-core a clienti selezionati e ha dimostrato la sua capacità di produrre fibre ottiche che vanno da 4 a 8 core.

 

Le fibre ottiche multi-core hanno un'ampia gamma di applicazioni, comprese connessioni sottomarine e terrestri, nonché connessioni ad alta-densità e-velocità tra switch, server e dispositivi di archiviazione nelle applicazioni dei data center. Lightera ha dimostrato la sua capacità di supportare fibra multi-core a 8-core-core a 800 Gbps in applicazioni a corto-raggio e fibra multi-core a 4 core a 400 Gbps su una distanza di 10 chilometri.

 

Tuttavia, come le fibre ottiche-core cave, anche le fibre ottiche multi-core devono affrontare sfide proprie. Sebbene esista un gruppo di lavoro sulla fibra multi-core all'interno dell'Advanced Photonics Coalition, non sono ancora stati stabiliti standard relativi alle caratteristiche di base come il numero di nuclei, la disposizione dei nuclei e il diametro del rivestimento, il che rende l'attuale implementazione sul campo di ciascuna fibra multi-core un progetto personalizzato. È necessario costruire strumenti speciali per la giunzione multi-core, soprattutto per garantire che possano essere giuntati rapidamente, con basse perdite ed elevata resistenza. Infine, sono necessari anche tecnici in fibra ottica multi-ben addestrati ed è meglio che seguano e rispettino gli standard stabiliti.

 

Nonostante ciò, man mano che le fibre multi-core maturano, manterranno il passo con le fibre standard e le fibre-core cave, fornendo più opzioni di rete per data center, fornitori di servizi iperscalabili, fornitori di servizi e cloud e aziende. Forse l'osservazione più lungimirante-che posso offrire è che i pianificatori di rete dovrebbero considerare attentamente il futuro equilibrio tra le fibre ottiche implementate e le condutture disponibili, in modo da essere in grado di introdurre nuove soluzioni quando i clienti ne hanno bisogno (come fibre ottiche cave o multi-core).

Le tradizionali fibre ottiche a-filo singolo non scompariranno, ma è sempre positivo che possano offrire opzioni per gli utenti avanzati che cercano una latenza inferiore, una densità più elevata e/o una larghezza di banda maggiore.