3,2 Pb/s en tiempo real: qué demuestra y qué no el récord chino de fibra de 24 núcleos

Un consorcio chino informa de que ha transmitido 3,2 petabits por segundo a través de una sola fibra de 24 núcleos. La prueba fue en tiempo real y bidireccional, y el equipo la presenta como un récord mundial. El trabajo fue dirigido por el National Key Laboratory of Optical Communication Technology and Networks de China Information and Communication Technologies Group (CICT), junto con Pengcheng Laboratory y el fabricante de fibra FiberHome Fujikura. El enlace tenía 10,3 km de fibra multinúcleo y transportaba tráfico en ambos sentidos a la vez.

La cifra principal informa menos que tres calificativos: tiempo real, 10,3 km y bidireccional. En conjunto, indican qué demuestra el experimento y qué deja abierto.

01Qué se construyó

La fibra multinúcleo coloca varios núcleos guiadores de luz dentro de un mismo revestimiento. En una entrevista de Global Times con un investigador de CICT, a propósito del resultado anterior de 2,5 Pb/s, se comparó la fibra convencional con un solo carril y la de 24 núcleos con 24 carriles en una misma hebra. El equipo suma esta dimensión espacial a la multiplexación por longitud de onda. Combinó las bandas S, C y L con multiplexación por división espacial (SDM), lo que da miles de canales en paralelo.

El equipo ofreció algunas cifras de velocidad de línea. Sus propios módulos ópticos funcionaron a 400 Gb/s por longitud de onda en la banda S y a 1,2 Tb/s por longitud de onda en las bandas C y L. Según los informes, la modulación empleó conformación probabilística de orden alto. La conformación probabilística ajusta la frecuencia con que se usa cada punto de la constelación, de modo que el enlace pueda operar cerca de la capacidad que permite la relación señal-ruido de cada canal. La banda S recibe una velocidad menor, algo coherente con sus condiciones de amplificación y pérdidas, en general más difíciles. En el material público no encontré el plan de canales completo, los tipos de amplificador ni los presupuestos de potencia por núcleo.

La comparación del propio equipo es con la fibra G.652 convencional de un solo núcleo. Afirma que 3,2 Pb/s equivalen a 32 veces la capacidad de esos sistemas, que suelen alcanzar unos 100 Tb/s con las bandas C y L. La aritmética cuadra: 32 × 100 Tb/s son 3,2 Pb/s. Al dividir 3,2 Pb/s entre 24 núcleos resultan unos 133 Tb/s por núcleo. Es un cálculo mío y, presumiblemente, cuenta ambos sentidos. Queda algo por encima de la cifra solo C+L de un sistema de un solo núcleo, lo que es coherente con la adición de espectro en banda S.

02Por qué «tiempo real» es la palabra importante

Muchos experimentos de transmisión que baten récords capturan formas de onda y las procesan fuera de línea. Los investigadores registran la señal recibida y después aplican un procesamiento digital de señal intensivo en equipos de laboratorio. El procesamiento fuera de línea permite usar algoritmos que ningún módulo comercial podría ejecutar dentro de sus límites de potencia y latencia, de modo que esos resultados muestran lo que permite la física. Este resultado, en cambio, usó arquitecturas de hardware conformes con los requisitos comerciales, funcionando en tiempo real.

Tiempo real significa que lo siguiente ocurre dentro de silicio de clase módulo:

• Detección coherente y ecualización de la dispersión cromática y de los efectos de polarización
• Recuperación de portadora
• Decodificación de corrección de errores (FEC)
• Demapeo de conformación probabilística

Todo esto funciona de forma continua, dentro de un presupuesto térmico que puede tolerar un módulo enchufable o una tarjeta de línea. El techo suele ser más bajo que el de las cifras fuera de línea, y esa brecha se ve aquí. Según Tom's Hardware, que no cita ningún artículo de respaldo, resultados de laboratorio en fibra de 24 núcleos similar han llegado hasta 5,29 Pb/s. Más allá, los experimentos fuera de línea con otros tipos de fibra son muy superiores. NICT y sus socios comunicaron 22,9 Pb/s con una fibra de 38 núcleos y 3 modos en 2023. Ese resultado usó un receptor MIMO, una arquitectura distinta de la de un enlace simple de varios carriles.

03Lo difícil: diafonía y heterogeneidad de bandas

Los informes señalan dos obstáculos principales. Uno es la diafonía entre núcleos. El otro es satisfacer los requisitos distintos de las bandas S, C y L.

La diafonía es la fuga de luz entre núcleos vecinos, y crece con la densidad de núcleos y con la longitud de onda, porque las longitudes de onda largas están confinadas con menos firmeza. Una disposición de 24 núcleos es un compromiso entre empaquetar núcleos y mantenerlos aislados. Si la fuga es lo bastante baja, cada núcleo puede tratarse como un canal independiente y decodificarse con DSP coherente estándar. Así se evita la complejidad de la ecualización conjunta de varios canales, difícil de lograr en tiempo real. La Asia-Pacific Fiber Optic Cable Industry Association acaba de publicar lo que llama la primera norma internacional para fibra monomodo multinúcleo de acoplamiento débil. No he visto la norma, pero el término «acoplamiento débil» apunta a este diseño de canales independientes. Los informes dicen que el equipo usó técnicas de modulación para limitar la interferencia entre núcleos, pero no explican cómo.

Las tres bandas son el segundo problema. La atenuación de la fibra, el comportamiento no lineal y la ganancia de los amplificadores difieren entre ellas. La amplificación en banda S está menos madura que la de las bandas C y L, basadas en erbio. Los transceptores deben ajustarse a cada banda, lo que concuerda con la menor velocidad por longitud de onda de 400 Gb/s en la banda S. La fibra multinúcleo añade una carga más: los amplificadores y los equipos de prueba deben atender 24 núcleos a la vez.

04Distancia, escrutinio y dónde podría aplicarse

El enlace del récord es corto. A 10,3 km, la distancia dice mucho sobre dónde aterrizaría primero esta tecnología. Ese alcance conviene a interconexiones de campus y de centros de datos, donde tender fibra es caro, el espacio en canalizaciones es limitado y el ancho de banda agregado importa más que el alcance. Una red troncal o una ruta submarina son un caso mucho más difícil. Los enlaces de larga distancia requieren amplificación en línea para cada núcleo, y los cables submarinos están limitados por el suministro de energía. En la práctica, los cables submarinos se limitan a unos 24 pares de fibra porque los amplificadores se alimentan desde tierra. La fibra multinúcleo es una vía para sortear ese límite, pero este experimento no dice nada sobre tramos amplificados. A modo de comparación, según Hardware Busters, NICT envió 1,02 Pb/s a lo largo de 1808 km de fibra de 19 núcleos el año pasado. Es un alcance mucho mayor, con un tercio de la velocidad.

Hay varias salvedades:

• La revisión por pares está pendiente. No encontré ningún artículo técnico primario ni comunicado con los detalles experimentales completos. Las fuentes más directas son la cobertura en chino, informes secundarios y un resumen de congreso anterior. Los informes dicen que los resultados fueron invitados como artículo al Journal of Lightwave Technology, donde se producirá el escrutinio independiente.
• El «récord» tiene un alcance estrecho. Se aplica a la transmisión en tiempo real sobre fibra de 24 núcleos, no a la capacidad de la fibra en general.
• El calendario es incierto. Los informes sitúan la marca anterior en 2,5 Pb/s a comienzos de este año. CICT anunció en marzo la transmisión bidireccional en tiempo real de 2,5 Pb/s sobre fibra de 24 núcleos. El salto es de aproximadamente el 28 %, ya que 3,2 dividido entre 2,5 es 1,28. Algunos medios lo describen como una mejora «en menos de un año», y el intervalo real fue probablemente de unos pocos meses.
• Las comparaciones de consumo son solo aritmética. Las afirmaciones de 20 000 películas 4K por segundo y 3,2 millones de hogares con gigabit se limitan a reformular la velocidad. No dicen nada sobre la viabilidad de despliegue.
• El costo de despliegue no se aborda. Los informes no dan cifras de conectores, empalmes, costo de amplificadores ni rendimiento de fabricación del cable. Tampoco ofrecen cifras de consumo energético por bit.

Lo más acertado es leer el resultado como evidencia de que la SDM multinúcleo y la transmisión S+C+L pueden funcionar con hardware en tiempo real de clase módulo a escala de petabit en distancias cortas. No demuestra que estos enlaces sean económicos frente a simplemente iluminar más fibras de un solo núcleo. Las siguientes pruebas que conviene buscar son el artículo de Lightwave Technology, una prueba de campo en canalizaciones instaladas y tramos amplificados de mayor longitud. La fibra desplegada en campo enfrenta envejecimiento, pérdidas por empalmes, vibraciones, variaciones de temperatura y límites de potencia óptica que un tramo de laboratorio evita.