3,2 Pb/s en temps réel : ce que le record chinois sur fibre 24 cœurs prouve, ou non

Un consortium chinois affirme avoir fait passer 3,2 pétabits par seconde dans une seule fibre à 24 cœurs. L'essai s'est déroulé en temps réel et de façon bidirectionnelle, et l'équipe le présente comme un record mondial. Les travaux ont été menés par le National Key Laboratory of Optical Communication Technology and Networks de China Information and Communication Technologies Group (CICT), avec Pengcheng Laboratory et le fabricant de fibre FiberHome Fujikura. La liaison faisait 10,3 km de fibre multicœur, avec un trafic circulant simultanément dans les deux sens.

Le débit annoncé est moins instructif que trois qualificatifs : temps réel, 10,3 km et bidirectionnel. Ensemble, ils indiquent ce que la démonstration prouve et ce qu'elle laisse ouvert.

01Ce qui a été construit

La fibre multicœur place plusieurs cœurs guidant la lumière dans une même gaine. Dans un entretien accordé au Global Times à propos du précédent résultat de 2,5 Pb/s, un chercheur de CICT comparait la fibre conventionnelle à une voie unique, et la fibre à 24 cœurs à 24 voies dans un seul brin. L'équipe superpose cette dimension spatiale au multiplexage en longueur d'onde. Elle a combiné les bandes S, C et L avec le multiplexage par répartition spatiale (SDM), ce qui donne des milliers de canaux parallèles.

L'équipe a donné quelques chiffres de débit de ligne. Ses propres modules optiques fonctionnaient à 400 Gb/s par longueur d'onde en bande S et à 1,2 Tb/s par longueur d'onde en bandes C et L. D'après les comptes rendus, la modulation reposait sur un façonnage probabiliste d'ordre élevé. Le façonnage probabiliste ajuste la fréquence d'utilisation de chaque point de la constellation, de sorte que la liaison peut fonctionner près de la capacité permise par le rapport signal/bruit de chaque canal. La bande S reçoit un débit plus faible, ce qui concorde avec des conditions d'amplification et de pertes généralement plus difficiles. Je n'ai pas trouvé dans la documentation publique le plan de canaux complet, les types d'amplificateurs ni les budgets de puissance par cœur.

L'équipe se compare à la fibre monocœur G.652 ordinaire. Elle indique que 3,2 Pb/s représentent 32 fois la capacité de tels systèmes, qui atteignent typiquement environ 100 Tb/s avec les bandes C et L. Le calcul tient : 32 × 100 Tb/s = 3,2 Pb/s. Diviser 3,2 Pb/s par 24 cœurs donne environ 133 Tb/s par cœur. Ce calcul est le mien et il tient vraisemblablement compte des deux sens. C'est un peu plus que le chiffre C+L seul d'un système monocœur, ce qui est cohérent avec l'ajout du spectre de la bande S.

02Pourquoi « temps réel » est le mot clé

De nombreuses expériences de transmission record capturent des formes d'onde et les traitent hors ligne. Les chercheurs enregistrent le signal reçu, puis lui appliquent a posteriori un lourd traitement numérique du signal sur du matériel de laboratoire. Le traitement hors ligne permet d'employer des algorithmes qu'aucun module commercial ne pourrait exécuter dans ses limites de puissance et de latence ; de tels résultats montrent donc ce que la physique autorise. Ici, en revanche, l'expérience a utilisé des architectures matérielles conformes aux exigences commerciales, fonctionnant en temps réel.

Le temps réel signifie que les opérations suivantes s'exécutent dans du silicium de classe module :

• Détection cohérente et égalisation de la dispersion chromatique et des effets de polarisation
• Récupération de porteuse
• Décodage de la correction d'erreur directe (FEC)
• Démappage avec façonnage probabiliste

Tout cela fonctionne en continu, dans un budget thermique que peut tolérer un module enfichable ou une carte de ligne. Le plafond est généralement inférieur aux chiffres hors ligne, et cet écart est visible ici. Des résultats de laboratoire sur une fibre à 24 cœurs similaire ont atteint jusqu'à 5,29 Pb/s, selon Tom's Hardware, qui ne cite aucun article sous-jacent. Plus loin encore, les expériences hors ligne sur d'autres types de fibre atteignent des valeurs bien supérieures. NICT et ses partenaires ont annoncé 22,9 Pb/s sur une fibre à 38 cœurs et 3 modes en 2023. Cette expérience utilisait un récepteur MIMO, une architecture différente d'une simple liaison multivoie.

03Les points durs : diaphonie et hétérogénéité des bandes

Les comptes rendus citent deux obstacles principaux. Le premier est la diaphonie entre cœurs. Le second est de répondre aux exigences différentes des bandes S, C et L.

La diaphonie est la fuite de lumière entre cœurs voisins ; elle augmente avec la densité de cœurs et avec la longueur d'onde, car les grandes longueurs d'onde sont moins fortement confinées. Une disposition à 24 cœurs est un compromis entre l'intégration d'un maximum de cœurs et leur isolation. Si les fuites sont suffisamment faibles, chaque cœur peut être traité comme un canal indépendant et décodé avec un DSP cohérent standard. On évite ainsi la complexité d'une égalisation conjointe multicanal, difficile à réaliser en temps réel. L'Asia-Pacific Fiber Optic Cable Industry Association vient de publier ce qu'elle présente comme la première norme internationale pour la fibre multicœur monomode à couplage faible. Je n'ai pas vu cette norme, mais le terme « couplage faible » oriente vers cette conception à canaux indépendants. D'après les comptes rendus, l'équipe a recouru à des techniques de modulation pour limiter les interférences entre cœurs, sans préciser lesquelles.

Les trois bandes constituent le second problème. L'atténuation de la fibre, le comportement non linéaire et le gain des amplificateurs diffèrent d'une bande à l'autre. L'amplification en bande S est moins mûre que celle des bandes C et L, à base d'erbium. Les transmetteurs doivent être accordés à chaque bande, ce qui concorde avec le débit plus faible de 400 Gb/s par longueur d'onde en bande S. La fibre multicœur ajoute une charge supplémentaire : les amplificateurs et les équipements de test doivent desservir 24 cœurs à la fois.

04Distance, examen critique et premiers débouchés possibles

La liaison record est courte. À 10,3 km, la distance en dit long sur les premiers usages probables de la technologie. Cette portée convient aux interconnexions de campus et de centres de données, où la fibre coûte cher à tirer, où la place dans les conduits est comptée et où la bande passante agrégée compte plus que la portée. Une liaison de backbone ou sous-marine est un cas bien plus difficile. Sur longue distance, chaque cœur exige une amplification en ligne, et les câbles sous-marins sont limités par l'alimentation électrique. Les câbles sous-marins sont en pratique limités à environ 24 paires de fibres, parce que les amplificateurs sont alimentés depuis la côte. La fibre multicœur est une façon de contourner cette limite, mais cette expérience ne dit rien des portées amplifiées. À titre de comparaison, NICT a transmis 1,02 Pb/s sur 1 808 km de fibre à 19 cœurs l'an dernier, selon Hardware Busters. C'est une portée bien supérieure, pour un tiers du débit.

Plusieurs réserves s'imposent :

• La relecture par les pairs est en attente. Je n'ai trouvé ni article technique primaire ni communiqué donnant le détail complet de l'expérience. Les sources les plus directes sont des articles en chinois, des comptes rendus de seconde main et un résumé de conférence antérieur. D'après les comptes rendus, les résultats ont fait l'objet d'une invitation à soumettre un article au Journal of Lightwave Technology, où se fera l'examen indépendant.
• Le « record » est étroitement délimité. Il porte sur la transmission en temps réel sur fibre à 24 cœurs, pas sur la capacité des fibres en général.
• Le calendrier est incertain. Les comptes rendus situent le précédent record à 2,5 Pb/s plus tôt cette année. CICT avait annoncé en mars une transmission bidirectionnelle en temps réel de 2,5 Pb/s sur fibre à 24 cœurs. Le bond est d'environ 28 %, puisque 3,2 divisé par 2,5 donne 1,28. Certains médias parlent d'un gain obtenu « en moins d'un an » ; l'intervalle réel a probablement été de quelques mois.
• Les comparaisons grand public ne sont que de l'arithmétique. Les affirmations sur 20 000 films 4K par seconde et 3,2 millions de foyers gigabit ne font que reformuler le débit. Elles ne disent rien de la facilité de déploiement.
• Le coût de déploiement n'est pas abordé. Les comptes rendus ne donnent aucun chiffre sur les connecteurs, l'épissurage, le coût des amplificateurs ni le rendement de fabrication des câbles. Ils ne donnent pas non plus de chiffres de consommation par bit.

Il faut lire ce résultat comme la preuve que le SDM multicœur et la transmission S+C+L peuvent fonctionner sur du matériel temps réel de classe module à l'échelle du pétabit, sur de courtes distances. Il ne montre pas que ces liaisons sont économiques face à la simple mise en service de fibres monocœur supplémentaires. Les prochains éléments à guetter sont l'article de Journal of Lightwave Technology, un essai de terrain dans des conduits installés et des portées amplifiées plus longues. Une fibre déployée sur le terrain doit composer avec le vieillissement, les pertes d'épissure, les vibrations, les variations de température et les limites de puissance optique, ce que ne subit pas une liaison de laboratoire.