Publié par : Département de recherche et développement, Technologie Optic.ca Inc., novembre 2025

Introduction

Les centres de données modernes exigent des liaisons de communication ultrarapides, et même de faibles délais peuvent nuire à leurs performances. Les câbles à fibre optique traditionnels acheminent les données à travers des cœurs en verre massif, ce qui ralentit la lumière d'environ 30 % par rapport à l'air. En pratique, la fibre standard ajoute environ 5 microsecondes de latence par kilomètre. Une nouvelle solution émerge : la fibre à cœur creux (HCF), qui utilise un cœur rempli d'air. En laissant la lumière se propager dans l'air, la HCF réduit considérablement la latence – environ 30 à 50 % de moins sur la même distance que la fibre optique conventionnelle. Cette innovation promet des liaisons à très faible latence entre les centres de données, rapprochant ainsi les performances du réseau de la vitesse de la lumière.

Contexte de l'application

La communication entre centres de données est essentielle pour le cloud computing, les transactions financières et autres services en temps réel. Les entreprises gèrent souvent plusieurs centres de données qui doivent répliquer leurs bases de données ou partager les charges de travail en temps réel ; chaque microseconde de latence réseau est donc cruciale. Certains secteurs ont même eu recours à des liaisons radio micro-ondes pour pallier la latence de la fibre optique, sacrifiant ainsi la capacité au profit de la vitesse. La fibre à cœur creux offre une alternative intéressante : elle allie la fiabilité et la bande passante élevée de la fibre optique à une réduction significative de la latence. Des essais ont démontré une réduction d'environ un tiers de la latence sur les liaisons métropolitaines utilisant la fibre à cœur creux ; par exemple, un circuit de 40 km en fibre creuse a permis de réduire le temps d'aller-retour d'environ 33 % par rapport au même trajet en fibre optique standard. De telles améliorations sont importantes pour les interconnexions de centres de données (DCI), où les liaisons s'étendent souvent sur des dizaines, voire des centaines de kilomètres.

Une latence réduite entre les centres de données se traduit par une réplication des données plus rapide, des applications cloud plus réactives et de meilleures performances pour le calcul distribué. Un cluster de serveurs répartis sur plusieurs sites communique plus efficacement grâce aux liaisons HCF, quasiment comme s'ils étaient situés au même endroit. Ceci est particulièrement avantageux pour les réseaux de trading haute fréquence (où les nanosecondes peuvent influencer les profits) et permet une collaboration plus fluide entre les centres de données cloud distants.

Principes fondamentaux des fibres à âme creuse

La fibre à cœur creux (HCF) ressemble à la fibre optique classique, mais son fonctionnement est très différent. Au lieu d'un cœur plein en silice, elle possède un cœur creux rempli d'air et entouré d'une gaine en verre à structure spéciale. Cette conception exploite les effets optiques de réflexion pour confiner la lumière dans le cœur vide, formant ainsi un minuscule tunnel d'air pour le signal. La lumière se propageant dans l'air presque aussi vite que dans le vide (environ 3 × ^10⁸ m/s contre environ 2 × ^10⁸ m/s dans le verre), les signaux dans une fibre à cœur creux sont beaucoup plus rapides que dans une fibre standard. Concrètement, une fibre standard introduit un délai d'environ 5 µs par kilomètre, tandis qu'une HCF n'ajoute que 3,3 à 3,5 µs/km. Sur de longues distances, ces gains se traduisent par une réduction de la latence de plusieurs millisecondes.

Un autre avantage de la conception des fibres à cœur creux (HCF) réside dans la réduction de l'interaction entre la lumière et la matière. Dans une fibre traditionnelle, la lumière peut se diffuser et se disperser lors de sa propagation dans le verre, entraînant une perte de signal et une distorsion à haute puissance. Dans les fibres à cœur creux, la lumière se propage principalement dans l'air, minimisant ainsi l'atténuation et éliminant quasiment toute distorsion optique. En résumé, les fibres HCF constituent un canal de transmission ultra-transparent et à haut débit pour les signaux lumineux.

Perspectives et développements techniques

Des années de recherche et développement ont permis à la fibre à cœur creux d'être sur le point d'être utilisée en pratique. Une avancée majeure a eu lieu en 2024 lorsque des chercheurs ont démontré qu'une fibre à cœur creux présentait une perte de signal de seulement ~0,09 dB/km, soit mieux que la meilleure fibre conventionnelle (~0,14 dB/km). Ce taux de perte record, obtenu par une équipe de Microsoft et de l'Université de Southampton, montre que les fibres creuses peuvent désormais égaler, voire surpasser, les fibres standard en termes de performances. L'une des principales implications est la réduction du nombre d'amplificateurs optiques nécessaires sur les longs trajets en fibre à cœur creux, ce qui permet de diminuer le nombre de sites d'amplification et, par conséquent, les coûts et la complexité du réseau.

Des tests en conditions réelles ont confirmé les avantages de la fibre à cœur creux (HCF). Aux États-Unis, Comcast a constaté une latence inférieure d'environ un tiers sur une liaison HCF de 40 km par rapport à une liaison équivalente en fibre optique. De même, le fournisseur européen euNetworks a déployé une liaison HCF de 45 km pour connecter deux centres de données londoniens, démontrant ainsi la capacité de cette technologie à gérer le trafic réseau réel. Ces premiers déploiements prouvent que la fibre HCF peut s'intégrer aux infrastructures existantes et offrir les gains de latence promis sans compromettre la capacité de transmission de données.

Les acteurs du secteur investissent massivement dans la fibre optique à cœur creux. Microsoft, par exemple, a acquis le fabricant de fibres à cœur creux Lumenisity et prévoit d'installer 15 000 km de fibre à cœur creux dans son réseau dorsal cloud Azure afin d'accélérer la connectivité mondiale des données.

Avantages du HCF pour les liaisons inter-centres de données

• Latence ultra-faible : la propagation dans l’air réduit la latence d’environ 30 à 50 % par kilomètre. Ceci représente un avantage considérable pour les opérations critiques en termes de latence, telles que le trading à haute fréquence et les bases de données distribuées.
• Capacité de données élevée : les fibres à cœur creux peuvent transporter d’énormes volumes de données avec une distorsion minimale. La réduction significative des effets non linéaires permet une puissance de signal plus élevée et un plus grand nombre de canaux de longueur d’onde sans dégradation des performances.
• Faible perte de signal : Les fibres creuses de dernière génération présentent une atténuation équivalente, voire inférieure, à celle des meilleures fibres de silice. Ceci permet d’établir des liaisons plus longues entre les centres de données avec un nombre réduit d’amplificateurs de signal.

Limites et défis

• Fabrication complexe : La fabrication de fibres creuses à haute teneur en carbone (HCF) est difficile et actuellement coûteuse. Elle exige une fabrication extrêmement précise de structures de verre microscopiques, ce qui explique que sa production ne soit pas encore aussi industrialisable ni aussi économique que celle des fibres standard.
• Intégration et manipulation : Des techniques spécifiques sont nécessaires pour raccorder les fibres à cœur creux aux systèmes de fibres traditionnels sans pertes importantes. De plus, les fibres à cœur creux étant plus sensibles à la flexion et aux contraintes physiques, leur installation doit respecter des consignes de manipulation plus strictes afin d’éviter toute dégradation de leurs performances.

Conclusion

La fibre à cœur creux est sur le point de révolutionner la connectivité entre centres de données en réduisant drastiquement les délais de transmission sans sacrifier la bande passante. Les premiers déploiements ont démontré que les liaisons à cœur creux s'intègrent parfaitement aux réseaux existants et tiennent leurs promesses en matière de latence. À mesure que la technologie mûrit et que la production gagne en efficacité, la fibre à cœur creux sera probablement adoptée en premier lieu pour les liaisons critiques à forte valeur ajoutée et à faible latence, comme la connexion des principaux centres de données et des places boursières. À terme, son utilisation plus généralisée pourrait devenir un pilier des réseaux de nouvelle génération, réduisant considérablement les distances grâce à une communication quasi instantanée. Les liaisons inter-centres de données à très faible latence utilisant la fibre à cœur creux constituent une solution prometteuse pour répondre à la demande croissante de vitesse dans notre monde numérique.