China Mobile продемонстрировала передачу сигнала 1,6 Тбит/с на одной длине волны на расстоянии 960 км стандартным волокном

Исследовательский институт China Telecom, YOFC и ZTE завершили реализацию того, что они называют первым в мире двунаправленным передачей данных в режиме реального времени на волоконно-полостной оптике протяженностью свыше 1000 километров, как объявил Исследовательский институт China Telecom 2 ноября, согласно источникам IT Home и C114.

На линии длиной 1007,48 км партнеры обеспечили скорость 800 Гбит/с на одну длину волны с использованием модуляции PCS-16QAM в расширенном диапазоне C+L, передавая сигналы в обоих направлениях через один оптоволоконный кабель, что дало общую пропускную способность в 128 Тбит/с. Эти три организации сотрудничали в качестве совместных строителей национальной ключевой лаборатории.

Партнеры заявили о трех значимых достижениях. Данный эксперимент установил рекорд по самой длинной одноточечной, непетлевой передаче данных в реальном времени на волоконно-полостной оптике, при этом сохраняя запас потерь не менее 3 дБ на каждом участке и запас отношения оптического сигнала к шуму (OSNR) не менее 3 дБ для обслуживания системы. Кроме того, это стала первая двунаправленная передача в реальном времени на одной оптоволоконной линии в масштабе 1000 км.

Хотя отражения снизили OSNR на величину от 0,5 дБ до 4 дБ, команда считает, что это доказывает возможность дальних двунаправленных операций. Наконец, была построена самая длинная линия на волоконно-полостной оптике в расширенном диапазоне C+L, свободная от поглощения газовой линии.

Последний пункт касается проблемы, специфичной для данной технологии. Поскольку свет в волокне с полой сердцевиной проходит через газ, а не через твердое стекло, следы углекислого газа и монооксида углерода в сердцевине могут поглощать определенные длины волн и ухудшать передачу. Чтобы решить эту проблему, команда усовершенствовала производственный процесс для устранения этих линий поглощения во всем расширенном диапазоне C+L.

Что касается оборудования, партнеры отказались от усилителей высокой мощности и использовали коммерческие усилители со стандартной выходной мощностью, подобранные под профиль потерь волокна, чтобы добиться наилучшей производительности от полностью загруженной системы 800G. На уровне системы легкая предварительная эквализация на передатчике поддерживала стабильность канала по всему диапазону. Команда также разработала сквозную модель влияния отражений и интермодальных помех на линию и протестировала экстремальный сценарий, при котором часть диапазона выходит из строя, не обнаружив при этом потери производительности.

Операторов больше всего интересует задержка. Свет в полой сердцевине движется почти со скоростью в вакууме, примерно на 30% быстрее, чем в традиционном стеклянном волокне, что на маршруте в 1000 км экономит около 1,5 миллисекунды в каждом направлении. В объявлении не было указано измеренное значение задержки. До сих пор волокно с полой сердцевиной в Китае в основном использовалось для коротких соединений, например, между вычислительными центрами в Чжунвэй, Нинся, тогда как вычислительные кластеры на западе часто находятся более чем в 1000 км от спроса на востоке. China Telecom заявила, что полученный результат предоставляет практическую техническую основу для создания магистральных сетей с высокой пропускной способностью, большим расстоянием и низкой задержкой на основе волоконно-полостной оптики.

Исследовательская группа под руководством Чэнь Мохана из Пекинского университета адаптировала ABACUS — пакет открытого исходного кода для теории функционала плотности (DFT), разработанный в Китае — для полной линейки процессоров Huawei Kunpeng 920. Кроме того, команда оптимизировала 19 различных классов основных операторов. Об этом сообщила компания Huawei Computing в публикации от 31 октября, как стало известно изданию IT Home. Код был загружен в репозиторий проекта на GitHub.

Теория функционала плотности (DFT) является основным методом первого принципа для изучения свойств таких материалов, как металлы и полупроводники. ABACUS совместно разрабатывался несколькими учреждениями и имеет более тысячи пользователей среди свыше ста организаций.

Согласно данным команды, при настройке обеих сторон на 28 ядер с выполнением 28 процессов по одному потоку, сборка Kunpeng 920, использующая набор инструкций SVE, показала скорость от 1,3 до 3,9 раз выше, чем у стандартного x86 ЦП при работе со стандартным набором из 10 материальных систем, содержащих от 8 до 216 атомов, включая GaAs, MoS2, BaTiO3, железо и кремний. При использовании блока матричных вычислений чипа, ускорение достигало до 10,7 раз при работе на всех ядрах одного узла. В случаях стохастической DFT команда зафиксировала прирост скорости от 2,8 до 3,1 раз для SVE и от 6,1 до 20,1 раз для сборки с использованием матричного блока.

Первым этапом стало портирование, поскольку различные модели Kunpeng 920 поддерживают векторные инструкции NEON, SVE или SVE512, а также выделенный матричный блок, которые остаются неиспользуемыми при использовании общих опций компилятора. Команда создала отдельные цепочки инструментов: для сборок NEON и SVE использовался gcc с OpenMPI и OpenBLAS, а для остальных — clang с HMPI и KBLAS от Huawei, а также добавлена опция USE_KML для интеграции Библиотеки математики Kunpeng. Все собранные версии прошли интеграционные тесты ABACUS, охватывающие DFT по плановым волнам и LCAO Kohn-Sham, стохастическую DFT и DeePKS, при этом результаты соответствовали основным реализациям.

Далее команда переписала часто вызываемые небольшие операторы. Замена рекурсивной процедуры обобщенного полинома Лагерра на итеративную рекуррентную позволила снизить сложность до O(n) и сделала ее примерно в восемь раз быстрее в миллионном тесте. Переключение поиска интерполяции на бинарный поиск уменьшило среднее количество сравнений в таблице размером 400 записей с около 200 до девяти. Другие изменения включали тригонометрические рекурсии, поднятие инвариантов цикла, настройку смешанной точности и компоновки памяти, при этом численные результаты каждого оператора были повторно проверены.

Используя автоматическую оптимизацию исходного кода в DevKit от Huawei, команда также увеличила скорость обработки случая с углеродом высокой плотности из 8 атомов в 2,28 раза и случая с кремнием из 512 атомов в 2,66 раза на более новой модели Kunpeng 920. Huawei отмечает, что полученный опыт настройки может быть применен к другому научному программному обеспечению.