رونمایی Meta از کابل زیردریایی Petal با ظرفیت انتقال شگفت‌انگیز یک پتابیت بر ثانیه

شرکت Meta از کابل زیردریایی ۷۰۰۰ کیلومتری خود با نام Petal که قرار است بین فرانسه و ایالات متحده کشیده شود، رونمایی کرد. این سیستم برای انتقال یک پتابیت داده در ثانیه طراحی شده است و به گفته Meta، اولین کابل عبوری از اقیانوس با چنین ظرفیتی خواهد بود. انتظار می‌رود بهره‌برداری از این پروژه در سال ۲۰۲۹ آغاز شود.

یک پتابیت بر ثانیه معادل ۱۰۰۰ ترابیت بر ثانیه یا به لحاظ تئوری ۱۲۵ ترابایت بر ثانیه (پیش از کسر سربار پروتکل، حاشیه‌های عملیاتی و ظرفیت رزروشده) است. Meta تخمین می‌زند که این پهنای باند مجموع، می‌تواند پخش هم‌زمان صدا را برای حدود سه‌چهارم جمعیت جهان پشتیبانی کند.

کابل‌های زیردریایی حامل حدود ۹۹ درصد از ترافیک داده‌های بین‌قاره‌ای هستند. پلتفرم‌های ابری و سیستم‌های هوش مصنوعی تقاضا را برای انتقال بین‌منطقه‌ای مجموعه‌داده‌ها، چک‌پوینت‌ها، وزن‌های مدل، نسخه‌های پشتیبان و ترافیک استنتاج افزایش داده‌اند. پروژه Petal با قرار دادن دو هسته نوری درون هر فیبر، در حالی که قطر استاندارد فیبر و فناوری تثبیت‌شده تکرارکننده‌ها (Repeater) را حفظ کرده است، به این تقاضای فزاینده پاسخ می‌دهد.

افزایش ظرفیت در درون فیبر نوری

سیستم‌های کابلی اخیر Meta نشان‌دهنده افزایش مداوم تعداد فیبرهای نوری پیش از معرفی Petal هستند:

کابل Anjana برای ظرفیت ۰٫۵ پتابیت بر ثانیه در عرض اقیانوس اطلس طراحی شده است. Petal این هدف را بدون افزایش تعداد جفت‌فیبرهای فیزیکی دو برابر می‌کند.

اپتیک همدوس و پردازش دیجیتال سیگنال باعث افزایش تعداد بیت‌های منتقل‌شده توسط هر طول‌موج شده‌اند. با نزدیک شدن کانال به حد شانون (حداکثر نرخ داده در دسترس برای یک پهنای باند و سطح نویز مشخص) این دستاوردها کاهش می‌یابند. در این مرحله، طراحان کابل می‌توانند مسیرهای فضایی بیشتری را از طریق افزودن فیبرها یا هسته‌های جدید ایجاد کنند.

شرکت Meta سه طراحی مختلف را برای دو برابر کردن ظرفیت Anjana مورد بررسی قرار داد:

• رشته‌های بیشتر: گسترش یک کابل معمولی از ۲۴ به ۴۸ جفت‌فیبر.
• طیف گسترده‌تر: انتقال ترافیک از طریق هر دو باند نوری C و L روی ۲۴ جفت‌فیبر.
• هسته‌های بیشتر: تعبیه دو مسیر نوری مستقل درون هر فیبر در ۲۴ جفت‌فیبر.

در نهایت Meta طراحی دوهسته‌ای را انتخاب کرد. ۴۸ فیبر فیزیکی Petal حاوی ۹۶ هسته نوری هستند که همان تعداد مسیر یک‌طرفه را مشابه ۴۸ جفت‌فیبر معمولی، اما با استفاده از رشته‌های کمتری فراهم می‌کنند.

تعبیه دو هسته در ابعاد استاندارد

هر یک از فیبرهای کابل Petal، قطر خارجی استاندارد صنعت یعنی ۱۲۵ میکرومتر (تقریباً به ضخامت یک تار موی انسان) را حفظ کرده‌اند. این سازگاری به تأمین‌کنندگان اجازه می‌دهد تا از تجهیزات موجود و استاندارد برای تولید فیبر و مونتاژ کابل استفاده کنند.

شرکت Sumitomo Electric Industries این فیبرها را از سیلیکای مصنوعی فوق‌خالص تولید می‌کند. پروفایل ضریب شکست آن، نور را درون هر هسته محبوس کرده و نشت بین آن‌ها را کاهش می‌دهد. علاوه بر این، دو هسته سیگنال‌ها را در جهت‌های مخالف منتقل می‌کنند که به گیرنده‌ها کمک می‌کند تا نور نشت‌یافته را دفع کنند. به گفته Meta، تداخل سیگنال حاصل از این ساختار تقریباً غیرقابل اندازه‌گیری است.

حفظ ایزوله‌بودن هر دو هسته در طول ۷۰۰۰ کیلومتر امری حیاتی است؛ زیرا در غیر این صورت، تداخل انباشته‌شده باعث افزایش سطح نویز و کاهش نرخ انتقال مفید داده می‌شود. همچنین، اتلاف نوری پایین تعیین می‌کند که سیگنال‌ها تا چه مسافتی می‌توانند پیش از نیاز به تقویت‌کننده حرکت کنند.

نقش تکرارکننده‌ها در پیوند دو طراحی فیبر

سیگنال‌های نوری با عبور از شیشه ضعیف می‌شوند، بنابراین یک کابل در عرض اقیانوس اطلس معمولاً به حدود ۱۰۰ تکرارکننده دارای منبع تغذیه در طول مسیر خود نیاز دارد. این واحدها به صورت مستقیم نور را تقویت کرده و از تبدیل الکتریکی در هر نقطه جلوگیری می‌کنند.

کابل Petal از تکرارکننده‌های یکپارچه شرکت NEC با ۹۶ کانال تقویت‌کننده استفاده می‌کند. قطعات Fan-in و Fan-out، هر فیبر دوهسته‌ای را پیش از تقویت به مسیرهای مستقل تک‌هسته‌ای جدا می‌کنند. سپس، قطعه دوم پس از عبور این مسیرها از تقویت‌کننده‌های فیبر آلاییده به اربیم تک‌هسته‌ای استاندارد، مجدداً آن‌ها را ترکیب می‌کند.

این طراحی ترکیبی، فناوری جدیدتر چند‌هسته‌ای را در بخش اصلی کابل متمرکز کرده و در عین حال، قطعات تقویت‌کننده‌ای را که سابقه اطمینان‌بخشی طولانی دارند، حفظ می‌کند. این رویکرد همچنین حجم سخت‌افزارهای جدیدی که باید فرایند طولانی‌مدت ارزیابی و تأیید کیفیت برای کار در بستر دریا در دهه‌های متمادی را طی کنند، محدود می‌سازد.

پروژه Petal به گونه‌ای طراحی شده تا در محدوده ۱۸ کیلوولتی تجهیزات تغذیه برق زیردریایی موجود باقی بماند. بدین ترتیب، ظرفیت اضافه‌شده از افزایش متناسب ولتاژ تأمینی از ساحل یا ایجاد رویه‌های جدید برای تأیید سیستم‌های با ولتاژ بالاتر جلوگیری می‌کند. با این حال، هر ایستگاه فرود همچنان نیازمند ترمینال‌های اختصاصی پروژه، تجهیزات نظارتی و شبکه زمینی خواهد بود.

تقسیم وظایف ساخت بین چهار شریک

• شرکت Meta رهبری این پروژه را بر عهده داشته و معماری سیستم و الزامات ظرفیت را تعیین می‌کند.
• شرکت NEC به عنوان تأمین‌کننده کلید در دست، مسئولیت کابل‌ها، تکرارکننده‌ها، سیستم‌های fan-in و fan-out و همچنین نصب دریایی را بر عهده دارد.
• شرکت Sumitomo Electric Industries توسعه‌دهنده فیبر دوهسته‌ای 2C Z-PLUS ULL است که پروفایل با اتلاف بسیار پایین آن، انتقال سیگنال‌ها در مسیرهای طولانی اقیانوسی را ممکن می‌سازد.
• شرکت Orange وظیفه لنگرگیری کابل در ساحل اقیانوس اطلس در فرانسه و اتصال آن به ستون فقرات شبکه‌های زمینی اروپا را بر عهده دارد.

تقاضای هوش مصنوعی در برابر محدودیت‌های فیزیکی

شرکت Meta گسترش شبکه‌های زیردریایی خود (از جمله Project Waterworth) را مستقیماً به زیرساخت‌های موردنیاز برای هوش مصنوعی و خدمات ابری جهانی پیوند داده است. انتقال داده بین دیتاسنترهای آمریکا و اروپا می‌تواند شامل مجموعه‌داده‌های آموزشی، چک‌پوینت‌های مدل، وزن‌های تولیدی، نسخه‌های پشتیبان و ترافیک استنتاج در کنار داده‌های متداول مصرف‌کنندگان و سازمان‌ها باشد.

عدد ۱ پتابیت بر ثانیه در کابل Petal، نمایانگر ظرفیت کل سیستم است که در میان جفت‌فیبرها، طول‌موج‌ها، مسیرها و سرویس‌ها توزیع می‌شود. یک اتصال تکیِ اپلیکیشن تنها کسری از این پهنای باند را دریافت خواهد کرد و خروجی قابل استفاده نیز تحت تأثیر سربار پروتکل‌ها، حاشیه‌های حفاظتی، رزروهای تعمیر و نگهداری و مهندسی ترافیک خواهد بود.

یک سیستم Petal برای ارائه ظرفیت خامی معادل دو سیستم کلاس Anjana طراحی شده است. اپراتورها در هر صورت مسیرهای متنوع و ظرفیت‌های پشتیبان را حفظ خواهند کرد تا اطمینان حاصل کنند که قطعی کابل، خرابی تجهیزات یا زمان‌های تعمیر و نگهداری، باعث ایزوله‌شدن یک منطقه خاص نخواهد شد.

آینده مسیر انتقال داده‌های چند‌هسته‌ای

معماری کابل Petal مدل عملی مناسبی را در اختیار سازندگان کابل قرار می‌دهد تا انتقال چند‌هسته‌ای را بدون نیاز به جایگزینی تمام بخش‌های سیستم تثبیت‌شده زیردریایی معرفی کنند. این طراحی، سه پیامد فنی گسترده‌تر را به همراه دارد:

1. گسترش فضایی می‌تواند دستاوردهای طول‌موج را تکمیل کند. هسته‌های اضافی، مسیرهای نوری مستقل بیشتری را درون همان رشته فیبر ایجاد می‌کنند، در حالی که پیشرفت‌ها در باندهای C و L همچنان در دسترس باقی می‌مانند.
2. قطر استاندارد فیبر نوری می‌تواند ظرفیت بیشتری را در خود جای دهد. ماشین‌آلات و محفظه‌های موجود کابل‌کشی همچنان قابل استفاده‌اند، اگرچه ابزارهای اتصال، آزمایش و تعمیر باید از ساختار دوهسته‌ای پشتیبانی کنند.
3. بهره‌وری انرژی، شکل‌دهنده توسعه‌های آینده خواهد بود. پروژه Petal در کلاس فعلی ۱۸ کیلوولتی باقی می‌ماند، اما سیستم‌های آینده به میزان بهره‌وری تقویت‌کننده‌ها و بودجه برق تغذیه‌شده از ساحل بستگی خواهند داشت.

پذیرش گسترده‌تر این فناوری به عواملی نظیر بازده تولید، افت نوری هنگام اتصال کابل‌ها، قابلیت اطمینان سیستم‌های fan-out، رویه‌های تعمیر، در دسترس بودن تأمین‌کنندگان و نتایج اقتصادی حاصل از استقرار آن بستگی دارد. داده‌های میدانی به‌دست‌آمده از مرحله نصب و عملیات، مشخص خواهد کرد که آیا این معماری می‌تواند از هسته‌های بیشتر و مسیرهای اقیانوسی جدید پشتیبانی کند یا خیر.

پیش از آغاز به کار Petal در سال ۲۰۲۹، این پروژه باید مراحل تأیید صلاحیت کابل‌ها و تکرارکننده‌ها، نقشه‌برداری‌های دریایی، اخذ مجوزها، ساخت ایستگاه‌های فرود، نصب در مسیر، اتصال قطعات و آزمایش‌های سرتاسری را تکمیل کند. استقرار موفقیت‌آمیز این پروژه می‌تواند نخستین شواهد عملیاتی در مقیاس بزرگ برای استفاده از فیبرهای دوهسته‌ای در اقیانوس‌ها را در اختیار صنعت زیردریایی قرار دهد.