Hoàng Anh
Writer
Viện Thông tin và Truyền thông quốc gia Nhật Bản (NICT) vừa công bố thành tựu đột phá khi truyền dữ liệu với tốc độ 1,02 petabit/giây qua sợi cáp quang 19 lõi có kích thước tiêu chuẩn, mở ra kỷ nguyên mới cho các mạng lưới dung lượng siêu cao.
Kỷ lục thế giới mới về tốc độ truyền dữ liệu qua cáp quang
Các nhà nghiên cứu tại Viện Thông tin và Truyền thông quốc gia Nhật Bản (NICT) vừa công bố một thành tựu đáng kinh ngạc: họ đã thiết lập một kỷ lục thế giới mới về tốc độ truyền dữ liệu qua cáp quang, đạt 1,02 petabit/giây (Pb/s) trên một khoảng cách lên tới 1.808 km. Để dễ hình dung, tốc độ này đủ nhanh để tải xuống hơn 10.000 bộ phim chất lượng 4K chỉ trong vòng một giây.
Điều đặc biệt là thành tích này được NICT thực hiện khi sử dụng một loại cáp quang đa lõi có kích thước vật lý tương đương với các loại cáp quang đang được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thương mại hiện nay.
Sợi cáp quang 19 lõi được sử dụng trong thử nghiệm của Nhật Bản
Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã thực hiện thành công việc truyền tải 1,02 petabit (tương đương 1,02 x 1.000.000 gigabit) dữ liệu mỗi giây qua một sợi cáp quang đặc biệt có tới 19 lõi. Nếu xét về chỉ số tích hợp giữa dung lượng truyền và khoảng cách (capacity-distance product), họ đã đạt một con số ấn tượng. Đây được xem là tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất từng được ghi nhận cho đến nay trên một sợi cáp quang có kích thước tiêu chuẩn.
"Kết quả này thể hiện một bước tiến lớn trong việc phát triển các mạng lưới viễn thông có khả năng mở rộng, dung lượng siêu cao, nhằm giải quyết nhu cầu truyền tải dữ liệu ngày càng tăng theo cấp số nhân của thế giới hiện đại," báo cáo của NICT nêu rõ.
Vượt qua thách thức truyền dẫn đường dài tốc độ siêu cao
Trong nhiều năm qua, giới khoa học trên toàn cầu đã không ngừng nỗ lực tìm cách tăng lượng dữ liệu có thể được truyền qua một sợi cáp quang duy nhất. Mặc dù trước đây đã có những thí nghiệm truyền được hàng petabit dữ liệu mỗi giây, việc này thường chỉ thực hiện được ở những khoảng cách rất ngắn, dưới 1.000 km. Việc truyền dữ liệu tốc độ siêu cao qua các quãng đường dài luôn là một thách thức cực kỳ lớn, bởi vì tín hiệu quang sẽ bị suy yếu dần khi di chuyển trong sợi cáp, đòi hỏi phải có các hệ thống khuếch đại tín hiệu phức tạp qua nhiều lõi cáp và phải hạn chế tối đa hiện tượng nhiễu xuyên kênh.
Sơ đồ hệ thống truyền tải trong thử nghiệm
Sáng tạo trong thiết kế cáp quang 19 lõi và hệ thống khuếch đại thông minh
Nhóm tác giả của nghiên cứu mới này đã giải quyết được bài toán khó khăn trên bằng cách thiết kế một loại cáp quang đặc biệt với 19 lõi truyền dẫn riêng biệt. Tất cả 19 lõi này được gói gọn một cách khéo léo trong một sợi cáp quang chỉ dày 0,125 mm, tương đương với kích thước của các sợi cáp quang đơn lõi hoặc ít lõi đang được sử dụng trong cơ sở hạ tầng viễn thông hiện nay. Mỗi lõi trong số 19 lõi này có khả năng truyền dữ liệu một cách độc lập, và khi kết hợp với nhau, chúng cho phép một lượng thông tin khổng lồ có thể đi qua sợi cáp cùng một lúc.
Bên cạnh thiết kế cáp quang đa lõi, các nhà nghiên cứu của NICT cũng đã phát triển một hệ thống khuếch đại quang thông minh và hiệu quả. Tín hiệu quang sẽ bị yếu đi khi di chuyển dọc theo sợi cáp, vì vậy cần phải sử dụng các bộ khuếch đại quang để tăng cường lại tín hiệu. Tuy nhiên, với cáp 19 lõi, mỗi lõi phải được khuếch đại một cách đồng thời và chính xác trên hai dải ánh sáng khác nhau (băng tần C và băng tần L) để tối đa hóa dung lượng truyền dẫn.
Nhóm nghiên cứu đã xây dựng một hệ thống phức tạp sử dụng sự kết hợp của các bộ khuếch đại quang đặc biệt, có khả năng khuếch đại đồng thời tín hiệu trên cả 19 lõi mà không làm lẫn lộn hay gây nhiễu tín hiệu giữa các lõi. Trong thí nghiệm, họ đã thiết lập 19 vòng tuần hoàn tín hiệu, mỗi vòng sử dụng một lõi riêng biệt của sợi cáp và cho tín hiệu truyền qua chúng lặp đi lặp lại 21 lần để mô phỏng một tổng quãng đường truyền dẫn là 1.808 km. Tại đầu cuối của hành trình, một bộ thu quang 19 kênh sẽ bắt tín hiệu và một bộ xử lý tín hiệu số đa đầu vào và đa đầu ra (MIMO) tiên tiến sẽ thực hiện việc loại bỏ nhiễu và tính toán tốc độ dữ liệu cuối cùng.
Kết quả cuối cùng là các nhà nghiên cứu đã truyền được tổng cộng 1,02 petabit dữ liệu mỗi giây qua khoảng cách 1.808 km, chính thức thiết lập một kỷ lục thế giới mới về truyền dữ liệu qua sợi cáp quang có kích thước tiêu chuẩn. Đây không phải là lần đầu tiên cáp quang 19 lõi được thử nghiệm, nhưng các phiên bản thử nghiệm trước đó chỉ đạt được tốc độ 1,7 petabit/giây trên một khoảng cách ngắn hơn nhiều là 63,5 km.
Thành tựu này của NICT không chỉ là một kỷ lục về tốc độ mà còn mở ra những triển vọng to lớn cho việc xây dựng các mạng lưới Internet thế hệ tiếp theo, đáp ứng nhu cầu bùng nổ về dữ liệu trong tương lai, từ các ứng dụng 6G, thực tế ảo/tăng cường, đến các trung tâm dữ liệu quy mô lớn.
Kỷ lục thế giới mới về tốc độ truyền dữ liệu qua cáp quang
Các nhà nghiên cứu tại Viện Thông tin và Truyền thông quốc gia Nhật Bản (NICT) vừa công bố một thành tựu đáng kinh ngạc: họ đã thiết lập một kỷ lục thế giới mới về tốc độ truyền dữ liệu qua cáp quang, đạt 1,02 petabit/giây (Pb/s) trên một khoảng cách lên tới 1.808 km. Để dễ hình dung, tốc độ này đủ nhanh để tải xuống hơn 10.000 bộ phim chất lượng 4K chỉ trong vòng một giây.
Điều đặc biệt là thành tích này được NICT thực hiện khi sử dụng một loại cáp quang đa lõi có kích thước vật lý tương đương với các loại cáp quang đang được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống thương mại hiện nay.
Sợi cáp quang 19 lõi được sử dụng trong thử nghiệm của Nhật Bản
Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã thực hiện thành công việc truyền tải 1,02 petabit (tương đương 1,02 x 1.000.000 gigabit) dữ liệu mỗi giây qua một sợi cáp quang đặc biệt có tới 19 lõi. Nếu xét về chỉ số tích hợp giữa dung lượng truyền và khoảng cách (capacity-distance product), họ đã đạt một con số ấn tượng. Đây được xem là tốc độ truyền dữ liệu lớn nhất từng được ghi nhận cho đến nay trên một sợi cáp quang có kích thước tiêu chuẩn.
"Kết quả này thể hiện một bước tiến lớn trong việc phát triển các mạng lưới viễn thông có khả năng mở rộng, dung lượng siêu cao, nhằm giải quyết nhu cầu truyền tải dữ liệu ngày càng tăng theo cấp số nhân của thế giới hiện đại," báo cáo của NICT nêu rõ.
Vượt qua thách thức truyền dẫn đường dài tốc độ siêu cao
Trong nhiều năm qua, giới khoa học trên toàn cầu đã không ngừng nỗ lực tìm cách tăng lượng dữ liệu có thể được truyền qua một sợi cáp quang duy nhất. Mặc dù trước đây đã có những thí nghiệm truyền được hàng petabit dữ liệu mỗi giây, việc này thường chỉ thực hiện được ở những khoảng cách rất ngắn, dưới 1.000 km. Việc truyền dữ liệu tốc độ siêu cao qua các quãng đường dài luôn là một thách thức cực kỳ lớn, bởi vì tín hiệu quang sẽ bị suy yếu dần khi di chuyển trong sợi cáp, đòi hỏi phải có các hệ thống khuếch đại tín hiệu phức tạp qua nhiều lõi cáp và phải hạn chế tối đa hiện tượng nhiễu xuyên kênh.
Sơ đồ hệ thống truyền tải trong thử nghiệm
Sáng tạo trong thiết kế cáp quang 19 lõi và hệ thống khuếch đại thông minh
Nhóm tác giả của nghiên cứu mới này đã giải quyết được bài toán khó khăn trên bằng cách thiết kế một loại cáp quang đặc biệt với 19 lõi truyền dẫn riêng biệt. Tất cả 19 lõi này được gói gọn một cách khéo léo trong một sợi cáp quang chỉ dày 0,125 mm, tương đương với kích thước của các sợi cáp quang đơn lõi hoặc ít lõi đang được sử dụng trong cơ sở hạ tầng viễn thông hiện nay. Mỗi lõi trong số 19 lõi này có khả năng truyền dữ liệu một cách độc lập, và khi kết hợp với nhau, chúng cho phép một lượng thông tin khổng lồ có thể đi qua sợi cáp cùng một lúc.
Bên cạnh thiết kế cáp quang đa lõi, các nhà nghiên cứu của NICT cũng đã phát triển một hệ thống khuếch đại quang thông minh và hiệu quả. Tín hiệu quang sẽ bị yếu đi khi di chuyển dọc theo sợi cáp, vì vậy cần phải sử dụng các bộ khuếch đại quang để tăng cường lại tín hiệu. Tuy nhiên, với cáp 19 lõi, mỗi lõi phải được khuếch đại một cách đồng thời và chính xác trên hai dải ánh sáng khác nhau (băng tần C và băng tần L) để tối đa hóa dung lượng truyền dẫn.
Nhóm nghiên cứu đã xây dựng một hệ thống phức tạp sử dụng sự kết hợp của các bộ khuếch đại quang đặc biệt, có khả năng khuếch đại đồng thời tín hiệu trên cả 19 lõi mà không làm lẫn lộn hay gây nhiễu tín hiệu giữa các lõi. Trong thí nghiệm, họ đã thiết lập 19 vòng tuần hoàn tín hiệu, mỗi vòng sử dụng một lõi riêng biệt của sợi cáp và cho tín hiệu truyền qua chúng lặp đi lặp lại 21 lần để mô phỏng một tổng quãng đường truyền dẫn là 1.808 km. Tại đầu cuối của hành trình, một bộ thu quang 19 kênh sẽ bắt tín hiệu và một bộ xử lý tín hiệu số đa đầu vào và đa đầu ra (MIMO) tiên tiến sẽ thực hiện việc loại bỏ nhiễu và tính toán tốc độ dữ liệu cuối cùng.
Kết quả cuối cùng là các nhà nghiên cứu đã truyền được tổng cộng 1,02 petabit dữ liệu mỗi giây qua khoảng cách 1.808 km, chính thức thiết lập một kỷ lục thế giới mới về truyền dữ liệu qua sợi cáp quang có kích thước tiêu chuẩn. Đây không phải là lần đầu tiên cáp quang 19 lõi được thử nghiệm, nhưng các phiên bản thử nghiệm trước đó chỉ đạt được tốc độ 1,7 petabit/giây trên một khoảng cách ngắn hơn nhiều là 63,5 km.
Thành tựu này của NICT không chỉ là một kỷ lục về tốc độ mà còn mở ra những triển vọng to lớn cho việc xây dựng các mạng lưới Internet thế hệ tiếp theo, đáp ứng nhu cầu bùng nổ về dữ liệu trong tương lai, từ các ứng dụng 6G, thực tế ảo/tăng cường, đến các trung tâm dữ liệu quy mô lớn.
