今年年底，一條連接中國香港和美國洛杉磯的新建海底通信光纜將投入運行，并打破“數據速率乘以距離”這項關鍵指標的紀錄。它的6對光纜長約1.3萬千米，1秒內即可雙向傳送大約144太比特的數據，相當于幾百張藍光光盤的容量。這條光纜的主要用途是連接臉譜網和谷歌在東亞和美國的數據中心。

這條新光纜是不斷變革的海底光纜網絡的一部分。海底光纜網絡最初用于電話與傳真。后來，這些海底線路主要用于互聯網用戶和海量服務供應商之間的數據傳輸。現在，它更多地用于在少數技術巨頭的數據中心間進行內容與云計算產品的傳送。

加利福尼亞州PriMetrica公司市場研究部門TeleGeography的研究主管艾倫?莫爾丁（AlanMauldin）說，去年，這類流量占大西洋海底通信量的77%，占太平洋海底通信量的60%。難怪臉譜網、谷歌和微軟現在都在各大海底電纜公司購買了大量光纜容量，并運行光纜著陸點。舉例來說，2017年3月，谷歌公司的技術設施高級副總裁烏爾斯?霍爾茲（UrsHolzle）在光纖通信展覽會及研討會（OFC）上說，谷歌需要每年將其傳輸容量進行翻倍，以支持其“云3.0”計算的流暢運行。光纖電纜技術必須跟上。

到目前為止，技術方面已經可以滿足這種爆炸性需求。30多年來，光纖數據傳輸速率的增長已經超越了摩爾定律。20世紀80年代初期引入的新型光纖將單條光纖的傳輸速率從每秒90兆比特增加到超過每秒1000兆比特。20世紀90年代，性能更好的光發射機將傳輸速率提高到每秒10千兆比特。到2000年，全光學放大器與新光學器件相結合，可將數十條10千兆比特的數據流以密集的波長封裝到一根光纖中，并將信息傳輸數百或數千千米。到了2010年，更為先進的調制技術可增加每一波長的數據速率，得益于此，從前每一波長上以10千兆比特/秒速率進行數據傳送的光纖，其容量提升為原來的10倍。然而，即使是這些令人印象深刻的進步也無法滿足如今的需求，現在這個行業需要新一代的技術來滿足這頭渴望帶寬的猛獸。

即將開通的洛杉磯—香港電纜被稱為太平洋光纜網絡，正是新一代技術的先鋒。電纜終端設備生產商、加利福尼亞Infinera公司的解決方案與技術總監杰夫?貝內特（Geoff Bennett）說：“海底電纜代表了光傳輸專業技術的頂峰，這里不是指容量，而是指能達到容量的產品。”越洋電纜在著陸點之間跨越數千千米，所以其真正關鍵的技術指標是數據速率與距離的乘積。從這一指標來判斷，長度達到地球周長1/3的太平洋光纜將創造一項紀錄。

這么遠的距離對海底光纜具有挑戰性，因為每50千米左右就需要一臺光學放大器來提高信號強度。這些放大器會增加噪聲，噪聲又隨著電纜長度而累積。精密的信號處理能夠從累積的噪聲中提取信號，但提取過程并不完美，進而導致可實現的數據速率隨電纜的長度而下降。

目前的跨太平洋紀錄由日本電氣公司建設的Faster Cable保持，Faster Cable由一家財團擁有，財團成員包括谷歌，以及中國移動國際有限公司、中國電信國際有限公司、全球運送通信（GlobalTransit Communications）、日本KDDI電信和新加坡電信5家亞洲通信運營商。這條電纜綿延9000千米，連接美國俄勒岡地區和日本，并擴建延伸到中國***地區。它的6對光纖各自在100個不同波長上承載著100千兆比特的信號，雙向總承載能力達到每秒60太比特。

作為業界標準，Faster在2016年投入運營時，其12條光纖中只有一部分承載實時通信流量。但貝內特說，需求量如此之高，因此“Faster很快就飽和了”。也難怪香港太平洋光纜數據通信公司的策劃者們決定為太平洋光纜提供更多帶寬。他們面臨的問題是如何做到這一點。

一種方式是增加攜帶光學信號的路徑數量。可實現此方式的尖端技術使用含有許多光導芯的光纖，使多個光學信號直接在光纜中并行傳遞，但該技術尚處于實驗室階段。提高帶寬的另一種方式是使光纖芯足夠大，進而使光學信號能夠在同一光纜中沿著不同的路徑傳遞。如果芯線尺寸與結構合適，攜帶不同信號的光會相互交叉而不干擾。但這種方式要求光發射機與接收機能夠讓光以恰到好處的角度進出光纖芯，以使不同信號之間保持分離。和多芯方式一樣，這種技術也還處于開發之中。

理論上，你可以將兩種方法結合起來。包含多根獨立芯線且每根芯線都能利用幾種模式進行傳輸的光纜已經在實驗室得到了測試，但這個過程需要復雜的設備，并且這種方式即便最終能進行實地部署，預計成本也會很高昂。

更為簡單的選擇是使用多根獨立光纖，可以把它們捆束在一根單獨的電纜中，也可以把它們分開放在若干電纜中。但長長的跨洋電纜需要許多高能耗的放大器，即便是久經考驗的設計也只能處理有限數量的光纖對。

而太平洋光纜網絡則采用了另外一種策略來提高傳輸能力：大膽涉足一個新的光波段。這是因為FasterCable為了傳輸信號，對傳統波段，也就是波長范圍從1530到1565納米的C波段，已經用盡了一切手段。太平洋光纜數據通信公司的電纜供應商TE SubCom（位于新澤西州伊頓敦）的工程師們則開辟了一個新的傳輸波段，波長范圍在1570到1610納米之間，稱為L波段。L取義于“長”（long）的英文首字母。由于同時利用了C波段和L波段，再加上其他方面的提高，電纜的總容量提升了1倍。

TE SubCom的副總裁兼首席技術官尼爾?貝爾加諾（Neal Bergano）稱，以前在大多數情況下，對C波段進行技術優化和同時利用C+L波段，前者更加容易。但當系統容量達到理論容量限制的2倍以內時，他和他的同事認為，是時候開辟一個新的波段了。貝爾加諾說：“C波段中可用的帶寬大約是5太赫茲，增加L波段可以使帶寬翻倍，獲得大約10太赫茲的總帶寬。”

用于這些傳輸的光學放大器帶寬有限，因此必須增加一個在L波段并行運行的次級放大器。幸運的是，所需的L波段放大器本質上是C波段放大器的變體，它們使用相同的材料（鉺元素）來放大不同的波長。因此，性能不錯的激光器和光學放大器可用于L波段的信號發射機。不過，要想讓這項C+L方案成功運行，仍然需要嚴謹的工程設計，這項工作至關重要。

2016年4月，TE SubCom公司在于迪拜舉辦的海底光纜大會上表示，在實驗室條件下，使用C和L兩個波段傳輸的單根光纖能夠以49.3太比特/秒的傳輸速率在9100千米的電纜中傳輸。這種方法需要針對兩個波段設置各自獨立的光學放大器，但可以使用與C波段系統基本相同的光纖和電纜設計。開發商表示，他們可以在實際系統的每個頻段中增加20個額外的波長頻道，該系統中每根光纖能夠以24太比特/秒的傳輸速度在12500千米的電纜中傳輸——這是一項令人印象深刻的成就。6個月后，TESubCom公司宣布它已經接到建造太平洋光纜的合同。

除了開創C+L方法外，TE SubCom還對數據編碼方式進行了改進，進一步提高了吞吐量。在2017年3月的國際光纖通信會議上，該公司報告稱每根光纖可在C和L兩個波段上，以70.4太比特/秒的速率在7600千米的電纜中傳輸數據。僅僅6個月后，在歐洲光學通信大會上，該公司就報告稱，其通過使用不同的編碼，能夠以51.5太比特/秒的速率在17107千米的光纜中傳輸數據，創下了新的比特率與距離乘積的實驗室紀錄。

增加L波段顯然是一個巨大的勝利，因此人們自然也想知道是否可能在海底電纜上增加其他光學波段。可惜，開發商在短期內對此不抱希望。“C波段出現時，墨菲沒有看到。”貝爾加諾開玩笑說，因為當時一切都運行得非常好。基于鉺的光學放大器功能強大，幾乎完美匹配1550納米（該波長附近的光纖損耗最小）附近的波長。L波段幾乎也一樣好，但因為可用激光器、放大器和光纖材料本身的限制，其他光纖傳輸波段很難適用于跨洋電纜。

那為什么不把電纜做得更粗，以填入更多的光纖呢？癥結在于電力。“現代海底電纜受到電纜兩端的電力供應的限制。”諾基亞貝爾實驗室的彼得?文策爾（PeterWinzer）說。地面電纜可以承載數百根光纖束，因為它們包含的光學放大器能在沿途接入散布的本地電源，但跨洋海底電纜只能從起始兩端獲取電力。并且，一根1萬千米長的跨洋電纜，沿途中每根光纖的每個波段都需要多達200個光學放大器，每個光學放大器都需要電力來運行。上述原因以及可跨洲遠距離傳送的電量，通常將海底電纜裝載的光纖對限制為最多8對。

那么，未來海底電纜將如何在不需要并行鋪設更多電纜的情況下滿足日益增長的帶寬需求呢？一種策略是將長電纜分為更短的跳島段，因為可在連接點注入電力，就可以提供更多帶寬。然而這對互聯網巨頭們并不具有吸引力，因為他們希望在其數據中心之間建立直接的低延時路徑。另一項技術是增加放大器之間的距離，在每根光纖中稍微犧牲些帶寬以減少電力損耗，從而在電纜中容納更多光纖。這樣的尖端方案和其他新方法應該有助于滿足臉譜網、谷歌和其他科技巨頭貪婪的數據胃口——至少在短時間內如此。