Hollow-core fiber: Microsoft werkt aan snellere en energiezuinigere netwerken

Onderzoekers van Microsoft en de Universiteit van Southampton hebben een nieuwe mijlpaal bereikt in de ontwikkeling van hollow-core fiber (HCF). Deze glasvezelkabels transporteren licht niet door massief glas, maar door lucht. Daarmee kunnen datacenters in de toekomst aanzienlijk snellere verbindingen realiseren, met lagere vertragingen en een lager energieverbruik.

Traditionele glasvezel bestaat uit een kern van glas omgeven door een mantel met een lagere brekingsindex. Licht wordt door reflecties in de kern geleid, met snelheden rond de 200 miljoen meter per seconde. Hoewel dit al veel sneller is dan elektrische signalen over koper, blijft er sprake van vertraging (latency) en signaalvervorming.

Hollow-core fiber vervangt de glazen kern door een holle, met lucht gevulde ruimte. Omdat licht zich door lucht bijna met de snelheid van het vacuüm kan verplaatsen (ongeveer 300 miljoen meter per seconde), kan dataverkeer tot 45 procent sneller worden verzonden, zo blijkt uit een artikel van de onderzoekers in Nature. Voor toepassingen die gevoelig zijn voor latency, zoals AI-training of real-time replicatie tussen datacenters, is dit een belangrijke vooruitgang.

Doorbraak in signaalverlies

Een groot knelpunt bij de ontwikkeling van HCF was jarenlang het hoge signaalverlies. Licht dat door lucht reist, verliest sneller intensiteit dan licht dat door glas geleid wordt. Hierdoor moest het signaal vaker worden versterkt, wat het voordeel grotendeels tenietdeed.

Het team van Microsoft en de universiteit in Southampton meldt nu een verlies van slechts 0,091 decibel per kilometer. Ter vergelijking: klassieke glasvezel zit gemiddeld rond de 0,14 dB/km. Het verschil lijkt klein, maar op de schaal van honderden kilometers tussen datacenters maakt dit een groot verschil. Minder versterking betekent:

-    Lagere energieconsumptie: versterkers zijn energie-intensief en genereren warmte die weer moet worden gekoeld.

-    Lagere operationele kosten: minder actieve apparatuur langs de route betekent minder onderhoud en vervangingen.

-    Betere betrouwbaarheid: elk actief component is een potentieel storingspunt.

Impact voor datacenters

In datacenters draait veel om microseconden. Hollow-core fiber kan de vertraging per kilometer met tientallen procenten reduceren, aldus de onderzoekers. Bij verbindingen tussen Europese en Amerikaanse datacenters kan dit oplopen tot enkele milliseconden winst. Voor AI-training, waarbij enorme datasets continu heen en weer gaan, kan dit de totale rekentijd merkbaar verkorten.

Datacenters zijn grootverbruikers van elektriciteit, en netwerkinfrastructuur maakt daar een substantieel deel van uit. Doordat het signaal in HCF minder vaak versterkt hoeft te worden, neemt het energieverbruik in de transmissielaag af. Dit sluit aan bij de druk op de sector om de CO₂-uitstoot en operationele kosten te verlagen.

Volgens de auteurs van het artikel kan HCF in de toekomst tot tien keer grotere bandbreedtes ondersteunen. Dit zou betekenen dat datacenters niet alleen sneller, maar ook veel meer data tegelijk kunnen versturen. Daarmee wordt de technologie interessant voor de explosieve groei in AI-toepassingen, cloud-diensten en Internet of Things (IoT)-toepassingen.

Testen en adoptie

De technologie wordt momenteel getest door BT in het Verenigd Koninkrijk. Microsoft past de kabels al toe in de eigen infrastructuur, maar nog niet op grote schaal. Voor de rest van de markt zal het naar verwachting nog zeker vijf jaar duren voordat hollow-core fiber commercieel beschikbaar komt.

Dat betekent dat datacenters voorlopig blijven werken met bestaande glasvezel, maar zich wel kunnen voorbereiden als het gaat om architectuurplanning en integratievraagstukken. HCF zal in eerste instantie naast traditionele vezels draaien. Compatibiliteit met bestaande optische transceivers en routers is daarom cruciaal. Ook doen datacenters er verstandig aan om bij het vaststellen van hun energie- en duurzaamheidsdoelstellingen reeds naar HCF te kijken. 

Met hollow-core fiber zet Microsoft samen met de Universiteit van Southampton een belangrijke stap richting snellere, betrouwbaardere en energiezuinigere netwerken. De kabel laat licht bijna ongehinderd door lucht reizen en biedt tot 45 procent lagere latency dan traditionele glasvezels. De recordlage signaaldemping van 0,091 dB/km opent de deur naar praktische toepassingen in grootschalige datacenters.

Photo by Compare Fibre on Unsplash