Quasi-Single-Mode Transmission over Ultra-Low Loss Few-Mode Fibre for Data Centre Interconnects
यह शोध पत्र प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित करता है कि एक नवीन अल्ट्रा-लो-लॉस फ्यू-मोड फाइबर, न्यूनतम सिग्नल क्षरण के साथ उच्च-क्षमता वाले डेटा सेंटर इंटरकनेक्ट्स के लिए क्वासी-सिंगल-मोड ट्रांसमिशन का समर्थन करता है, जिसे एक संशोधित गौसियन नॉइज़ मॉडल द्वारा मान्य किया गया है और जो भविष्य के स्पेस-डिवीजन मल्टीप्लेक्सिंग अपग्रेड के लिए आशाजनक है।
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इंटरनेट कोई एक एकल, स्थिर चीज़ नहीं है; यह एक विशाल, जीवंत नेटवर्क है जिसे क्लाउड कंप्यूटिंग और आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस द्वारा उत्पन्न डेटा के सैलाब को संभालने के लिए निरंतर विस्तार करना चाहिए। जैसे-जैसे ये प्रौद्योगिकियां बढ़ती हैं, डेटा केंद्रों को जोड़ने वाले भौतिक केबल एक महत्वपूर्ण बाधा का सामना कर रहे हैं: वे प्रकाश की मानक एकल स्ट्रैंड (strand) का उपयोग करके कितनी जानकारी ले जा सकते हैं, इसकी सीमा तक पहुँच रहे हैं। इंजीनियर मौजूदा बुनियादी ढांचे को पूरी तरह से नए, महंगे नेटवर्क बिछाए बिना, अधिक क्षमता निकालने के तरीके खोज रहे हैं। एक आशाजनक दृष्टिकोण में ऐसे विशेष ऑप्टिकल फाइबर का उपयोग करना शामिल है जो प्रकाश के कई पथों को ले जाने के लिए पर्याप्त चौड़े हों, फिर भी उन्हें इस तरह से प्रबंधित किया जाए कि सिग्नल साफ रहे। 'क्वासी-सिंगल-मोड ट्रांसमिशन' के रूप में जानी जाने वाली यह रणनीति मुख्य रूप से एक मुख्य पथ के माध्यम से डेटा भेजने का प्रयास करती है, जबकि इस बात को स्वीकार करती है कि प्रकाश की एक बहुत छोटी मात्रा अन्य पथों में भटक सकती है, बशर्ते उन भटकते संकेतों को उन्नत कंप्यूटर प्रोसेसिंग द्वारा नियंत्रित किया जा सके। लक्ष्य एक ऐसा फाइबर खोजना है जो एक मानक केबल की तरह कम सिग्नल हानि (loss) प्रदान करे, लेकिन भविष्य में भारी डेटा गति में अपग्रेड करने की छिपी हुई क्षमता भी रखे।
हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने विशेष रूप से डेटा केंद्रों के बीच लघु, उच्च-गति वाले लिंक के लिए एक नए प्रकार के अल्ट्रा-लो-लॉस फ्यू-मोड फाइबर का परीक्षण करने के उद्देश्य से प्रयोग किया। इन लिंक्स को, जिन्हें अक्सर डेटा सेंटर इंटरकनेक्ट कहा जाता है, कुछ किलोमीटर की दूरी पर भारी मात्रा में डेटा स्थानांतरित करने की आवश्यकता होती है। टीम ने 19 व्यास (diameter) वाले एक नवीन फाइबर पर ध्यान केंद्रित किया, जो मानक केबलों के लगभग 10.5 व्यास से काफी अधिक चौड़ा है। यह चौड़ा कोर प्रकाश के दो अलग-अलग मोड ट्रांसमिशन का समर्थन करने की अनुमति देता है, लेकिन शोधकर्ताओं ने अपने प्रयोग को मुख्य मोड के माध्यम से डेटा भेजने के लिए डिज़ाइन किया, जिससे फाइबर को एक सिंगल लेन की तरह माना गया जबकि दूसरे, अप्रयुक्त लेन की उपस्थिति को भी स्वीकार किया गया। उन्होंने इस सेटअप का परीक्षण 24 किलोमीटर के स्पैन पर किया, जो बड़े केंद्रों को जोड़ने के लिए एक सामान्य दूरी है, और इसके प्रदर्शन की तुलना एक मानक, उच्च गुणवत्ता वाले सिंगल-मोड फाइबर से की।
इस दृष्टिकोण में प्राथमिक चुनौती 'मल्टीपाथ इंटरफेरेंस' (multipath interference) नामक घटना है। जब प्रकाश फाइबर के माध्यम से यात्रा करता है, तो सूक्ष्म खामियां या कनेक्शनों के कारण सिग्नल का एक छोटा हिस्सा माध्यमिक मोड (secondary mode) में लीक हो सकता है। यह लीक हुआ प्रकाश थोड़ा अलग गति से चलता है और अंततः मुख्य सिग्नल के साथ पुनर्संयोजित होता है, जिससे एक काल्पनिक गूँज (ghostly echo) पैदा होती है जो डेटा को विकृत कर देती है। यह समझने के लिए कि यह प्रभाव कितना बुरा था, टीम ने डेटा ट्रैफिक को रोके बिना इसे मापने के लिए एक विधि विकसित की। उन्होंने फाइबर के कारण होने वाले शोर को उपकरणों के कारण होने वाले शोर से अलग करने के लिए एक गणितीय मॉडल का उपयोग किया, जिससे उन्हें इन सिग्नल की गूँजों के विशिष्ट प्रभाव को अलग करने में मदद मिली। उन्होंने डेटा ट्रांसमिशन के लिए उपयोग किए जाने वाले रंगों की पूरी रेंज में सिग्नल गिरावट अपेक्षाकृत कम रहने के साथ, पावर फ्लक्चुएशन को सीधे मापने के लिए एक सरल, अनमॉड्यूलेटेड लेजर के साथ एक अलग सेटअप का उपयोग करके भी अपने निष्कर्षों को सत्यापित किया। दोनों विधियों ने सहमति व्यक्त की कि हस्तक्षेप मौजूद था लेकिन प्रबंधनीय था।
इसके बाद शोधकर्ताओं ने जटिल सिग्नल फॉर्मेट का उपयोग करके बहुत उच्च गति पर डेटा भेजकर सिस्टम को उसकी सीमाओं तक धकेला। उन्होंने 42 गीगाबॉड (gigabaud) डेटा ले जाने वाले सिग्नल्स का परीक्षण किया, जो सूचना की एक महत्वपूर्ण मात्रा का प्रतिनिधित्व करता है, जिसमें 256-QAM नामक एक परिष्कृत एन्कोडिंग योजना का उपयोग किया गया। संभावित सिग्नल विरूपण के बावजूद, नया फाइबर उल्लेखनीय रूप से अच्छा प्रदर्शन करता है। उपलब्ध सर्वोत्तम मानक सिंगल-मोड फाइबर की तुलना में, नए केबल ने सिग्नल की गुणवत्ता में केवल मामूली गिरावट दिखाई, जो लगभग 0.3 डेसिबल (decibels) का दंड (penalty) था। यह छोटा अंतर व्यावहारिक संदर्भ में नगण्य है, जो यह सुझाव देता है कि यह फाइबर बिना किसी बड़ी समस्या के आधुनिक डेटा केंद्रों के भारी ट्रैफिक लोड को संभाल सकता है। टीम ने सिग्नल को साफ करने के लिए विभिन्न डिजिटल प्रोसेसिंग तकनीकों की खोज भी की। उन्होंने पाया कि जबकि परिष्कृत एल्गोरिदम हस्तक्षेप को और कम कर सकते हैं, फिर भी मानक प्रोसेसिंग विधियां उच्च प्रदर्शन बनाए रखने के लिए पर्याप्त थीं।
सबसे महत्वपूर्ण निष्कर्षों में से एक यह था कि फाइबर का डिज़ाइन, जो सिग्नल हानि को कम करता है, वास्तव में हस्तक्षेप से होने वाली समस्याओं को कम करने में मदद करता है। क्योंकि फाइबर दूरी के साथ बहुत कम प्रकाश खोता है, इसलिए सिग्नल रिसीवर तक मानक केबल की तुलना में बहुत अधिक शक्ति के साथ पहुँचता है, जो मामूली विकृतियों की भरपाई करता है। अध्ययन ने पुष्टि की कि यह नया फाइबर डेटा सेंटर नेटवर्क में तत्काल उपयोग के लिए एक व्यवहार्य उम्मीदवार है। यह आज उच्च क्षमता का मार्ग प्रदान करता है जबकि भविष्य के अपग्रेड के लिए द्वार खुला रखता है। यदि नेटवर्क ऑपरेटरों को अंततः अपनी क्षमता को दोगुना करने के लिए दोनों प्रकाश पथों के माध्यम से एक साथ डेटा भेजना पड़ता है, तो यह फाइबर पहले से ही इसे संभालने के लिए निर्मित है। फिलहाल, यह शोध प्रदर्शित करता है कि ये उन्नत केबल विश्वसनीय, उच्च-गति वाले कार्यबल के रूप में कार्य कर सकते हैं, जो वर्तमान आवश्यकताओं और भविष्य की विशाल डेटा मांगों के बीच के अंतर को पाटते हैं।
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