電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）AI時(shí)代下，算力中心正將分布式GPU集群變?yōu)橹髁?，因此?duì)網(wǎng)絡(luò)提出了更低時(shí)延、更大帶寬、更長(zhǎng)跨數(shù)據(jù)中心距離的硬需求。但這時(shí)候發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的光纖在物理極限上已經(jīng)不夠用了，不僅速度達(dá)不到，容量和能耗也令人頭疼。

這時(shí)，一個(gè)在上個(gè)世紀(jì)末就被驗(yàn)證的技術(shù)，重新獲得市場(chǎng)的關(guān)注，那就是空芯光纖。這款產(chǎn)品能夠完美解決傳統(tǒng)光纖所面臨的問(wèn)題，而唯一的問(wèn)題，就是有點(diǎn)貴。

空芯光纖的優(yōu)勢(shì)

如今在萬(wàn)卡集群訓(xùn)練中，成千上萬(wàn)個(gè)GPU需要頻繁同步數(shù)據(jù)。如果網(wǎng)絡(luò)時(shí)延高，快的顯卡要等慢的顯卡，導(dǎo)致整體算力利用率大幅下降。

而傳統(tǒng)光纖，光是在玻璃中進(jìn)行傳播，其速度約為真空中光速的三分之二。這意味著信號(hào)每傳輸1000公里，就會(huì)比在空氣中多花約1.6毫秒。

在上世紀(jì)末，英國(guó)南安普敦大學(xué)的Philip Russell等學(xué)者開(kāi)始構(gòu)想，既然光在空氣中傳播更快、損耗更低，為何不能制造一種“空心”的光纖。后續(xù)，一篇名為《空芯單模光子帶隙光纖》發(fā)表于《Science》中，首次在光子晶體光纖中實(shí)現(xiàn)空心、單模、光子帶隙導(dǎo)光，證明光可以在空氣芯中被穩(wěn)定限制并傳播。

不過(guò)在后續(xù)的研究中發(fā)現(xiàn)，這種空芯光子帶隙光纖（HCPBGF）技術(shù)，其表面散射損耗很高，很難把損耗壓到1dB/km以下，限制了通信應(yīng)用。

直到近幾年，隨著云廠商與AI算力入局，發(fā)現(xiàn)空芯光纖由于可以讓光在空氣/真空中傳播，其傳輸速度比傳統(tǒng)光纖提升約47%，時(shí)延降低30%-40%。

這對(duì)于跨數(shù)據(jù)中心，例如東數(shù)西算，或者跨國(guó)算力調(diào)度來(lái)說(shuō)，節(jié)省的幾毫秒可能意味著模型訓(xùn)練周期縮短幾天，或者高頻交易多賺數(shù)百萬(wàn)美元。

并且傳統(tǒng)光纖中，光在實(shí)心玻璃中傳輸時(shí)，光強(qiáng)越高，玻璃介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生非線性效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)畸變、串?dāng)_。為了避開(kāi)這個(gè)問(wèn)題，傳統(tǒng)光纖不能無(wú)限增加發(fā)射功率或信道密度，限制了單根光纖的總?cè)萘俊?br />
空芯光纖就沒(méi)有這個(gè)困擾，由于99%的光在空氣中傳輸，空氣的非線性效應(yīng)比玻璃低1000倍以上。這意味著單根光纖的傳輸容量可以輕松突破100Tbps甚至更高，輕松應(yīng)對(duì)未來(lái)800G、1.6T光模塊的普及，避免網(wǎng)絡(luò)擁堵。

此外，傳統(tǒng)光纖由于損耗和非線性限制，長(zhǎng)距離傳輸需要更多的中繼放大器，這些設(shè)備不僅耗電，還產(chǎn)生大量的熱量。

但空芯光纖隨著這幾年技術(shù)的發(fā)展，其損耗已經(jīng)可以做到0.1dB/km以下，超越傳統(tǒng)石英光纖的理論極限，傳輸同樣距離需要的放大器更少，信號(hào)處理更簡(jiǎn)單，DSP的負(fù)擔(dān)減輕，進(jìn)一步降低功耗，進(jìn)一步降低成本。

并且玻璃在強(qiáng)輻射環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生色心效應(yīng)而變黑，導(dǎo)致?lián)p耗劇增甚至失效，且玻璃的熱膨脹系數(shù)較大。而空芯光纖主要介質(zhì)是空氣，對(duì)輻射不敏感，耐高溫性能更好，除了AI，還適用于衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、深空探測(cè)、核工業(yè)監(jiān)控等極端環(huán)境。

2024年Ignite大會(huì)上，微軟宣布計(jì)劃在未來(lái)24個(gè)月內(nèi)部署約15000km空芯光纖，用于AI和數(shù)據(jù)中心互聯(lián)，直接將空芯光纖從小眾高端推向AI基礎(chǔ)設(shè)施明星賽道。

空芯光纖這么好，為何不大規(guī)模采用？

從全球范圍來(lái)看，隨著AI技術(shù)的愈發(fā)普及，也在加速對(duì)空芯光纖的工程化探索。但目前來(lái)看，空芯光纖的量產(chǎn)還面臨不少技術(shù)問(wèn)題，這些技術(shù)并非是生產(chǎn)，而是如何高良率、低成本的制造出來(lái)。

空芯光纖在制造時(shí)，需要在光纖內(nèi)部制造納米級(jí)的空氣孔陣列，且拉伸過(guò)程中不能變形，良品率極低。目前能夠做到的廠商非常少，例如OFS、被微軟收購(gòu)的Lumenisity、Relativity Networks等，國(guó)內(nèi)的長(zhǎng)飛、亨通等。

從機(jī)械強(qiáng)度來(lái)看，空芯光纖典型纖芯直徑200-250μm，包層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)微彎非常敏感，布放、盤(pán)纖、余長(zhǎng)處理都要特別小心。并且空芯光纖與普通單模光纖模場(chǎng)直徑差異大，存在嚴(yán)重模場(chǎng)失配，直接熔接損耗大，需要專用的熔接程序和模場(chǎng)適配器。由于背向散射信號(hào)弱、非線性小，普通OTDR不完全適用，需要專用測(cè)試方案，否則很難精確定位斷點(diǎn)和事件點(diǎn)，這些都抬高了施工和運(yùn)維的成本。

即便能夠生產(chǎn)，目前的年產(chǎn)量也就在數(shù)萬(wàn)公里級(jí)別，根本滿足不了全球大規(guī)模建設(shè)需求。而傳統(tǒng)光纖可以直接采用一根實(shí)心玻璃棒拉絲，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝成熟，單根預(yù)制棒可拉上百公里，因此產(chǎn)能可以達(dá)到千萬(wàn)公里級(jí)。

制造工藝?yán)щy直接導(dǎo)致成本高昂，有分析指出，當(dāng)前空芯光纖量產(chǎn)成本約是傳統(tǒng)G.652光纖的5-8倍，要具備大規(guī)模競(jìng)爭(zhēng)力，至少要降到2倍以內(nèi)。

再一個(gè)，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言，空芯光纖的空氣芯中，水汽、CO?等氣體會(huì)對(duì)特定波長(zhǎng)產(chǎn)生吸收損耗，需要控制氣體成分和封裝工藝，目前尚未有一個(gè)持續(xù)運(yùn)營(yíng)20年以上的可靠案例可以參考。

更重要的是，目前的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，例如ITUT G.652/G.654.E，主要針對(duì)實(shí)芯單模光纖，參數(shù)體系、測(cè)試方法并不直接適用于空芯光纖。沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化組件、測(cè)試流程、部署規(guī)范，規(guī)模部署風(fēng)險(xiǎn)很大。

因此現(xiàn)在真正愿意買(mǎi)單的場(chǎng)景還有限，除了微軟計(jì)劃2年內(nèi)部署1.5萬(wàn)公里空芯光纖，用于AI大模型互聯(lián)外。AWS也已經(jīng)在城域數(shù)據(jù)中心互聯(lián)中部署空芯光纖，用以擴(kuò)展數(shù)據(jù)中心選擇范圍。

國(guó)內(nèi)的中天科技率先實(shí)現(xiàn)O波段反諧振空芯光纖在AI數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的規(guī)?；渴?，并已進(jìn)入中國(guó)電信現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)。并且中天科技還與阿聯(lián)酋電信運(yùn)營(yíng)商在中東地區(qū)完成空芯光纖技術(shù)試點(diǎn)，顯著降低傳輸時(shí)延。

此外，在金融領(lǐng)域，例如2025年中國(guó)移動(dòng)在粵港澳大灣區(qū)開(kāi)通首條完全自主反諧振空芯光纖商用線路，是我國(guó)首條完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的反諧振空芯光纖商用線路，專門(mén)服務(wù)于深港跨境金融業(yè)務(wù)，隨后中國(guó)電信與中國(guó)聯(lián)通也在同年跟進(jìn)，開(kāi)通空芯光纖專線。

其采用的產(chǎn)品由長(zhǎng)飛光纖提供，其最新的空芯光纖最低衰減達(dá)0.04dB/km，時(shí)延較傳統(tǒng)實(shí)芯光纖降低約31%，傳輸速度提升約47%。長(zhǎng)飛明確指出，目標(biāo)就是支撐AI算力、6G和超大數(shù)據(jù)中心的傳輸需求。

烽火通信也發(fā)布了新一代超低損空芯光纖，最低衰減約0.06dB/km，時(shí)延降低約31%，專門(mén)面向AI智算中心海量數(shù)據(jù)高速交互需求。

總結(jié)

隨著AI的發(fā)展速度超過(guò)傳統(tǒng)光纖物理極限的承載能力，為了迎接算力爆發(fā)，必須進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，而空芯光纖被視作替代傳統(tǒng)光纖的技術(shù)路線。完美解決傳統(tǒng)光纖的傳輸速率限制，還能解決信號(hào)干擾、能耗等問(wèn)題，盡管制造困難，成本高昂。

但隨著AI算力需求旺盛，當(dāng)前在超大規(guī)模智算中心的跨樓宇/跨園區(qū)互聯(lián)場(chǎng)景，空芯光纖有望成為首選方案。而在金融領(lǐng)域，對(duì)于新建的跨城/跨境金融專線，空芯光纖將毫無(wú)懸念成為首選方案，傳統(tǒng)光纖在頂級(jí)高頻交易場(chǎng)景將逐步被邊緣化。