China Telecom hat mit Partnern ein Glasfaserkabel mit Hohlkern über 1.007,48 Kilometer bidirektional in Echtzeit betrieben. Dabei liefen gleichzeitig 64 Terabit pro Sekunde in jede Richtung durch dieselbe Faser. Das entspricht rechnerisch 160 4K-Filmen zu je 50 Gigabyte pro Sekunde im Upload und ebenso vielen im Download. Die Laufzeit des Signals über die Strecke lag laut Bericht des chinesischen Staatssenders CCTV bei 3,43 Millisekunden.
Umgesetzt wurde der Versuch vom Forschungsinstitut von China Telecom gemeinsam mit dem Faserhersteller Yangtze Optical Fibre and Cable (YOFC) und ZTE. Nach Unternehmensangaben gelang damit erstmals eine bidirektionale Echtzeitübertragung über eine Hohlkern-Glasfaser auf einer solchen Distanz. Die Mitteilung von China Telecom vom 4. November beschreibt die Systemarchitektur und die Übertragungstechnik.
Am 8. November berichtete der chinesische Staatssender CCTV über den Rekord und nannte dabei die Signallaufzeit sowie Vergleiche mit herkömmlichen Glasfasern. Ein englischsprachiger Bericht der Global Times fasst diese Angaben zusammen. CCTV bezeichnet die Strecke als neuen Distanzrekord für die Echtzeitübertragung mit Hohlkernfaser.
Die 160 Filme sind eine Rechenhilfe, keine tatsächlich übertragenen Filmdateien. Die Rechnung setzt 50 Gigabyte je Film an: 64 Terabit pro Sekunde entsprechen acht Terabyte pro Sekunde, also 160 solcher Dateien. Gemeint sind 160 Filme je Richtung; Upload und Download liefen gleichzeitig, sodass die Gesamtleistung beider Richtungen zusammen 128 Terabit pro Sekunde beträgt. Die optische Datenübertragung bündelt dabei viele Wellenlängenkanäle; die Zahl beschreibt deren Gesamtleistung, nicht die Geschwindigkeit eines einzelnen Lasers oder eines privaten Internetanschlusses. Eine im Netz verbreitete Angabe von 20.000 Filmen pro Sekunde ist falsch und passt nicht zu den genannten 64 Terabit pro Sekunde und 50 Gigabyte pro Film.
China Telecom spricht von einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung ohne Rückführung des Signals in eine Umlaufschleife. Das ist wichtig, weil Laborversuche mit optischen Schleifen Signale wiederholt durch dieselbe Faser schicken können, um sehr lange Übertragungswege nachzubilden. Der Versuch beruhte dagegen auf einer realen durchgehenden Faserstrecke. Die Übertragung lief in beide Richtungen über eine einzelne Faser, nicht über zwei getrennte Fasern. Damit ist der Rekord anders einzuordnen als Kapazitätsmeldungen, die die Datenraten vieler parallel genutzter Fasern zusammenzählen.
Die Firma gibt für die Übertragung 800 Gigabit pro Sekunde pro optischem Kanal an. Durch die Nutzung des erweiterten C- und L-Bandes kamen viele Wellenlängenkanäle zusammen; die Unternehmensmitteilung nennt dafür eine Gesamtkapazität über beide Richtungen. Ein älterer FuW-Bericht über eine Übertragung von 661 Terabit pro Sekunde beschreibt beispielsweise ein System mit 30 Fasern und damit eine andere Bezugsgröße; beide Rekorde lassen sich nicht direkt miteinander vergleichen.
Auch die angegebene Laufzeit ist genau zu lesen. Sie bezieht sich auf den einfachen Signalweg durch die Faser, nicht auf eine komplette Anfrage im Internet. Router, Verstärker, Schaltvorgänge, Serververarbeitung und der Rückweg kommen bei echtem Netzwerkverkehr zusätzlich hinzu. Der Wert beschreibt daher die Laufzeit im Übertragungsmedium, nicht den Ping eines Nutzers.
In herkömmlichen Glasfasern wird Licht in einem Kern aus Quarzglas geführt. Der Kern ist von einer weiteren Glasschicht umgeben, deren optische Eigenschaften das Licht im Inneren halten. In einer Hohlkernfaser übernimmt ein luft- oder gasgefüllter Kanal diese Rolle; die Lichtwelle breitet sich überwiegend im Hohlraum aus und wechselwirkt dadurch weniger mit dem Glas. Da Licht in Luft näher an der Vakuumlichtgeschwindigkeit liegt als in Quarzglas, kann es die gleiche Strecke schneller zurücklegen.
Der Hohlraum ist allerdings nicht einfach ein leer gebohrtes Loch in einem Kabel. Dünne Glasstrukturen um den Kanal bilden eine optische Führung, die das Licht im Kern hält, obwohl es sich dort nicht wie in einer normalen Glasfaser fortpflanzt. Je nach Bauart nutzen Hohlkernfasern eine periodische Photonic-Bandgap-Struktur oder andere Resonanzeffekte; die genaue Bauart der chinesischen Testfaser wird in der Pressemitteilung nicht so weit aufgeschlüsselt, dass sie sicher als Photonic-Bandgap-Faser eingeordnet werden könnte. Die Bilddarstellung zeigt deshalb ausdrücklich nur eine Hohlkern-Photonic-Bandgap-Faser als Beispiel, nicht die Faser aus dem chinesischen Versuch.
Huo Xiaoli, bei China Telecom für Informations- und Kommunikationstechnik der nächsten Generation zuständig, beziffert die mögliche Latenzverringerung gegenüber Vollkernfasern auf rund 30 Prozent. Diese Aussage bezieht sich auf den Übertragungsweg durch die Faser. Die Verzögerung eines vollständigen Netzwerks hängt zusätzlich von Entfernung, Routing, aktiven Komponenten und der Verarbeitung in den Endgeräten ab. Die Angabe lässt sich deshalb nicht als pauschale Senkung jeder Internetlatenz verstehen.
Hohlkernfasern sind nicht mit photonischen Chips zu verwechseln. Bei integrierten optischen Schaltkreisen werden Lichtleiter direkt auf Silizium-Wafern gefertigt; ein FuW-Beitrag über Lichtleiter auf Siliziumchips beschreibt diese Miniaturisierung. Die chinesische Hohlkernfaser löst dagegen ein anderes Problem: Sie soll Lichtsignale über lange Verbindungen zwischen Standorten schneller und mit hoher Kapazität führen.
Die Reichweite einer Hohlkernfaser hängt nicht allein davon ab, wie schnell Licht im Hohlraum läuft. Über lange Distanzen schwächt sich das Signal ab; zudem können bestimmte Gase im Kern Licht bestimmter Wellenlängen absorbieren. China Telecom berichtet, dass das Team den Herstellungsprozess so optimierte, dass Absorptionslinien von Kohlendioxid und Kohlenmonoxid im erweiterten C+L-Band beseitigt wurden. Das war nötig, damit die Übertragung über einen großen Teil des genutzten optischen Spektrums stabil blieb.
Auch die Verstärker mussten zur Faser passen. Laut Unternehmensmitteilung verzichtete das Team auf Hochleistungsverstärker und verwendete handelsübliche Verstärker mit normaler Ausgangsleistung, die auf die Verlustcharakteristik der Hohlkernfaser abgestimmt wurden. Eine leichte Vorentzerrung am Sender half, die Kanäle über das gesamte C+L-Band gleichmäßiger zu halten. Damit ist nicht gemeint, dass jedes bestehende Glasfaserkabel einfach ausgetauscht werden kann; die Faser selbst und ihre Verbindungstechnik bleiben spezielle Bauteile.
Die Mitteilung nennt außerdem Tests zu Reflexionen und Modeninterferenzen. Reflexionen an Übergängen können einen Teil des Lichts zurückwerfen, während verschiedene Ausbreitungsmoden unterschiedliche Laufzeiten besitzen und dadurch das Signal verzerren können. Das Team erstellte nach eigenen Angaben ein Modell, um diese Einflüsse zu bewerten, und prüfte auch extreme Betriebssituationen wie den Ausfall einzelner Wellenlängenkanäle. Die Firma berichtet, dass dabei keine Leistungseinbußen auftraten und dass jede Teilstrecke mindestens drei Dezibel Verlustreserve sowie das Gesamtsystem mindestens drei Dezibel OSNR-Reserve behielt. OSNR beschreibt das Verhältnis des optischen Nutzsignals zum Rauschen und ist damit eine wichtige Größe für die Signalqualität.
Große KI-Modelle werden oft nicht auf einem einzigen Server trainiert. Viele Beschleuniger arbeiten parallel und müssen laufend Daten austauschen, etwa Modellparameter, Zwischenergebnisse und Teile des Trainingsdatensatzes. Je höher die Bandbreite zwischen Rechenzentren und je kürzer die Laufzeit, desto weniger Zeit geht bei solchen Abstimmungen verloren. Wang Ruichun, Chefwissenschaftler bei YOFC, verwies deshalb auf Training und Inferenz großer Modelle über mehrere Rechenzentren hinweg.
Wang zufolge kann eine schnellere Verbindung auch Investitionen in GPUs oder Speicherchips verringern. Das ist eine mögliche wirtschaftliche Folge, keine im Faserexperiment gemessene Einsparung: Eine bessere Verbindung kann Rechenressourcen an mehreren Standorten flexibler zusammenführen, ersetzt aber weder Prozessoren noch Speicher. Ob sich dadurch tatsächlich weniger Hardware anschaffen lässt, hängt davon ab, wie Aufgaben verteilt werden, welche Datenmengen übertragen werden und welche Kosten für die Netzverbindung entstehen.
Die Technologie ist nicht auf diesen Rekordversuch beschränkt. CCTV berichtet von einer kommerziellen grenzüberschreitenden Finanz-Direktverbindung zwischen Shenzhen und Hongkong, die als erste ihrer Art Hohlkernfaser nutzt, sowie von mehr als zehn kommerziellen und Pilotprojekten in Asien, Europa und weiteren Regionen. Auch Microsoft setzt Hohlkernfasern nach eigenen Angaben in mehreren Azure-Regionen bereits für Live-Kundendaten ein. Eine dokumentierte Metro-Verbindung koppelt zwei Rechenzentren über zwei getrennte Routen von jeweils mehr als 20 Kilometern; die Hybridkabel enthalten Hohlkernfasern neben herkömmlichen Singlemode-Fasern. Der Azure-Networking-Blog von Microsoft beschreibt dafür eigene Kabel, Spleißverfahren, Installation und End-to-End-Tests.
Hinter den Zahlen stehen eine Mitteilung des beteiligten Unternehmens und ein Bericht des chinesischen Staatssenders CCTV, den Global Times auf Englisch zusammenfasste. In den vorliegenden Quellen wird keine begutachtete Fachpublikation mit vollständigen Messdaten, unabhängiger Replikation oder ausführlicher Fehleranalyse genannt. Die Zahlen sind deshalb als berichtete Versuchsergebnisse zu kennzeichnen, nicht als unabhängig überprüfter Laborrekord. Das begrenzt, wie stark sich daraus allgemeine Aussagen ableiten lassen.
Auch die Vergleiche mit Vollkernfasern hängen von der jeweiligen Referenztechnik ab. CCTV und Global Times nennen eine doppelte Kapazität und 60 Prozent mehr Reichweite gegenüber den derzeit leistungsfähigsten Vollkernfasern sowie eine 50-fache Distanz gegenüber früheren vergleichbaren Hohlkernversuchen. Die zugrunde liegenden Vergleichsaufbauten werden in der kurzen Meldung nicht detailliert genug beschrieben, um daraus einen allgemeingültigen Leistungsabstand für jedes Glasfasernetz abzuleiten. Der Versuch belegt zudem nicht, dass Hohlkernfasern Vollkernfasern kurzfristig überall ersetzen werden.
Für den flächigen Einsatz müssen Hersteller die Fasern in großen Mengen mit gleichbleibenden Eigenschaften produzieren und zuverlässig verbinden können. Die neue Faser kann mit vorhandener Übertragungstechnik zusammenarbeiten, doch die passive Infrastruktur muss dennoch angepasst werden. Microsoft beschreibt, dass Betreiber vor der Freigabe Fehlerbitraten und optische Verluste jeder Teilstrecke prüfen, um schlechte Spleißstellen oder Störungen zu finden. Für Betreiber zählt am Ende nicht nur die Geschwindigkeit des Lichts, sondern auch, wie verlässlich eine Strecke im täglichen Netzbetrieb arbeitet.
China Telecom Research Institute, 全球首个！中国电信完成全球首个千公里空芯光纤双向实时传输验证
Global Times, China completes world’s 1st 1,000km bidirectional transmission test with hollow-core fiber
Microsoft Azure Networking Blog, The Deployment of Hollow Core Fiber (HCF) in Azure’s Network
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