算力网络和5G对光通信的需求和挑战.pdf

1/20算力网络和5G对光通信的需求和挑战2/202目录光通信产业发展和机遇1光通信核心技术发展23/203国家发布多项政策推进光通信发展THE WORLD BANK：每10%FBB渗透率可拉动1.21%1.38%GDP中国社会科学院：千兆宽带将带动GDP 0.3%、新增500万就业岗位ITU-T：宽带提速一倍可推动GDP增长0.3%光通信是通信网络的“承重墙”：95%以上全球信息流量通过光纤承载，是无线、宽带、数据中心、物联网等所有通信设施的承载底座2021年3月5日政府工作报告2021年3月11日国家“十四五”规划加快建设新型基础设施：推广升级千兆光纤网络2023年3月22日“数字中国”建设布局规划加快5G网络与千兆光网协同建设，系统优化算力基础设施布局2022年1月12日“十四五”数字经济发展规划有序推进骨干网扩容，协同推进千兆光纤网络和5G网络基础设施建设加大5G网络和千兆光网建设力度，丰富应用场景“核心技术靠化缘是要不来的，必须靠自力更生。”2015年2月习总书记考察中科院西安光机所“光电子信息产业是应用广泛的战略高技术产业，也是我国有条件率先实现突破的高技术产业。”2022年6月习总书记考察武汉光谷结合国家政策和产业需求，推动光通信硬核技术研究和产业发展光通信是算力网络的“基石”：算力枢纽节点互联的“大动脉”，泛在入算的“毛细血管”4/204中国移动具有全球最大光通信基础设施中国移动已建设全球规模最大、技术最先进的光通信网络，为数字经济转型提供有力保障，面向千兆光宽带、5G/6G回传+前传、东数西算全光底座、数据中心光互联等新的需求，光通信技术成为新的高科技术比拼高点部署全球规模最大的OTN光网络构建全球技术领先的SPN光网络覆盖最广：160万端PTN+40万端SPN，覆盖全国337+城市全球规模最大千兆光网能力下沉：城区OLT100%，乡村89%具备千兆能力接入升级：加快10G PON部署，千兆覆盖超3亿户黔甘宁京津冀长三角成渝粤港澳枢纽算力接入骨干FTTX企业家庭城域5G4G前传党政军金融数据中心容量最大：骨干传送网承载业务带宽能力超过800T覆盖最广：光缆线路超3000万皮长公里，稳居全球第一5/205光使能千兆宽带：从FTTH到FTTR千兆光网是新型基础设施的重要构成，我国大力推动千兆光纤网络发展部署，如“千城千兆”等中国产业经历从GPON跟随、10G PON并跑到50G PON引领，当前已建成全球最大光宽带网络，并逐步实现从技术标准、核心光电器件和系统研发到部署应用的技术产业创新闭环 首次实现中国产业对PON代际标准的引领，在50G PON阶段实现技术制式的统一 中国产业率先提出FTTR技术发展演进方向，并引领技术产业和应用发展 提出面向转控分离的虚拟化vOLT架构 推动研发10G突发TIA等核心芯片，实现三模Combo 大带宽高功率预算光收发器：EML+SOA,APD 25/50G突发电器件：BM-TIA,BM-Driver 多模自适应oDSP芯片中国移动目前已经成为全球最大的固网运营商目前中国移动FTTH占比99%2021年起，全面转向10GGPON，奠定千兆光网重要基础当前50G PON产业链尚不成熟，需重点攻关核心光电器件技术网络规模代际引领50G PONClock RecoveryDown-samplingEqualizationFilteringNRZ Receiver DSPMLSEFEC decodingError counting6/206光使能5G：5G需求驱动5G传输网的革新和重构通过前传传输换取机房和频谱资源C-RAN占比超过70%涉及千万级别光模块支持每个基站10GE以上的流量回传回传网单域规模达到数万节点 RRURRURRURRURRURRUDU/CU PoolDU/CU PoolDU/CU Pool5G核心网前传：实现前传：实现AAUAAU拉远到集中拉远到集中BBUBBU的连接的连接前回传网络对于5G网络发展意义重大，由于其网络规模巨大，也成为光通信领域技术竞争的焦点5G基站5G前回传光网络是5G基础设施的重要构成。通过大带宽、低时延的前回传网络使能绿色5G，实现数百万基站的灵活连接和性能保障。回传网络回传：回传：实现百万基站与实现百万基站与核心网元的核心网元的连接连接前传网络7/207光使能5G：回传SPN成为新一代国际标准技术体系n中国在光通信领域首次以成体系的技术主导国际标准n在ITU-T MTN系列标准的基础性技术方案中，中国原创性占比超过70%n已有6项MTN国际标准发布，标志着SPN/MTN国际标准体系基本完成SPN是中国系统性原创性技术，成为ITU-T新一代传送网技术体系，性能指标国际领先接口架构管理设备保护G.709G.872G.874G.798G.873.1G.8310G.8350G.8321G.8331G.8312G.Suppl.69演进G.mtn-syncSDHOTNMTN198919992019同步 已发布(2020年12月)已发布(2020年12月)已发布(2020年10月)已发布(2022年11月)已发布(2022年11月)计划2024年报批G.707G.803G.784G.783G.841 已发布(2022年2月)G.fgMTN小颗粒计划2023年底报批切片能力超高精度同步单节点时间同步精度优于5ns，是业界最高精度水平业界唯一既支持硬切片又支持软切片的5G承载技术确定性低时延单节点时延低至5us以内，0抖动，性能业界领先8/208光使能5G：SPN推进自主可控产业链SPN通过自主原创帮助确立了国内产业的先发优势，形成近千亿的产业规模自主化光模块芯片突破系列化设备通过SPN大规模应用，带动国内高速率50G/100G PAM4光模块产业自主突破SPN核心芯片包括高端Framer、交换Fabric等均自主研发，国产芯片相比国外提前1年推出SPN自研设备从640G到32T全系列产品覆盖接入、汇聚及核心SPN在5G网络的成功应用形成先发优势，为未来行业和国际广泛应用奠定基础 垂直行业应用中国市场先行 5G网络先行 国际广泛应用中国移动、国网、南网、铁路5G-R.欧洲、日本、巴基斯坦.SPN设备40万端电力、矿山、铁路、媒资.9/209光使能5G：Open-WDM成为新一代5G前传技术体系Open-WDM技术体系是中国移动面向5G C-RAN提出的原创技术，破解前传哑资源和光纤资源紧张双难题DU+CUAAU*3无源设备，灵活部署光模块有源设备，支持管控全新半有源技术架构新型MWDM 技术n在ITU-T（3项）、O-RAN（9项）、CCSA（4项）构建完善标准体系，核心方案写入标准，成为国际国内主流技术n打造涵盖芯片、模块、设备的完善开放产业链，核心芯片自主可控MWDM为中国产业链前传WDM最优解得到国内产业链广泛支持突破传统通信架构两端均为设备的理念 重用国内成熟产业链，自主可控 25G 12波全DML+PIN，成本低 非等间距波长间隔，避免FWM 具备TEC，可靠性高 无线与传输管理界面清晰 转发面、管控面双解耦 低成本实现轻量级管控 故障快速定界n6G前回传技术将重点攻克6G超高速宽带、确定性网络、超低时延、高可靠、灵活通感、全域覆盖等新需求，具有广阔前景。轻量级OAM多载频调幅单载频调幅10/2010光使能东数西算：信息基础设施承重墙在东数西算等算力网络新业态的驱动下，已迎来以400G超宽谱传输为标志的第五次重大技术变革，以实现Pbit级上千公里的传送，并将在2023年全球最大规模部署，开启400G商用元年接入省域/区域省际骨干OTN OTN地市400GOTN/OXCOTN/OXCOTN/OXC20ms时延圈5ms时延圈1ms时延圈SDH2.5G WDM10G WDM/OTN100G OTN400G OTN19892023200320131996超大带宽：骨干网由100G向400G演进，开启宽谱光通信时代超低时延：以算力为中心打造骨干(20ms)、省域(5ms)、地市(1ms)三级时延圈东数西算作为国家重大战略工程，在超大带宽、超长距离、低时延方面提出更高要求，光网络亟需转型升级构建承载算力的光底座基于400G+OXC的新型全光网东数西算架构示意图大湾区大湾区长三角长三角京津冀京津冀成渝成渝贵州贵州甘肃甘肃宁夏宁夏内蒙内蒙“西算西算”“东数东数”11/2011光使能东数西算：光电子产业是骨干全光网技术发展的基石400G+OXC的骨干网技术革新是算力时代光网络的最大发展机遇与科技竞争最前沿，应加快我国光电子产业培育，推动使能400G的高速光管芯、高性能oDSP芯片、超宽谱有源器件等硬核“卡脖子”技术全面突破C6T+L6TC6T基于现网G.652.D光纤实现C6T波段400G QPSK 5616km传输，创现网传输世界纪录基于G.654.E实现C6T+L6T波段400G QPSK 7000km传输，是实验室测试的最高水平完成全球最长距离的纯EDFA经典商用场景80 400G QPSK 1673km现网试验超高速C6T+L6T EDFA高维度一体化WSS中国移动拉动我国产业在400G时代从跟随到引领，实现超高速调制/解调器、宽谱EDFA、ITLA、WSS等硬核技术突破，推动400GQPSK技术成熟，完成400G长距传输3大世界纪录，并在2023年启动全球首次400G QPSK规模商用集采宽谱ITLA光电合封先进制程（5/7nm）符号速率130GBd 30GBdoDSP先进oDSP算法超宽谱12/2012光使能东数西算：紧盯下一代光通信前沿布局面向未来骨干光传送网技术演进，一方面应进一步提升单通道信号速率，开启单波800G、1.2T、1.6T系统架构、损伤机制等关键技术攻关，另一方面应瞄准基于空芯光纤的高速光传输系统等颠覆性超前技术研究空芯光纤空芯光纤基于全新的空气导光机理，带宽、时延、损耗均已优于实芯光纤，具有重塑下一个50年光通信产业的巨大潜力，相关光传输系统研究也在快速推进，国内外基本处于同一起跑线当前空芯光纤损耗已达可用水平（0.15dB/km），需基于产学研协同，通过标准化收敛结构设计，加快技术应用落地2002年首个反谐振空芯光纤，损耗500dB/km2010年损耗降低46个数量级至40dB/km2017年损耗首次10dB/km2018年首次进入低损耗区间（2dB/km）2022年论文0.174dB/km，口头0.138dB/km单波800G/B800G中国移动已完成基于G.654E光纤和纯拉曼放大的2018公里800G纪录性传输800G/B800G存在多种调制码型、器件速率、光纤类型等潜在路线，需从系统层面统筹研究并明确技术方案13/2013光使能数据中心：光互连数据中心是新技术竞争的焦点，技术换代极端活跃；我国数据中心光接口速率相较海外头部公司晚1-1.5代，但随着智算中心的来临，全新的应用需求为弯道超车带来了机遇。在智算中心引入400/800G光互连技术，达到与国际头部公司齐平发展紧盯智算、多芯光纤、硅光等多种关键技术，持续加强在光通信领域的投入挑战：数据中心内的线缆连接数巨大趋势：数据中心内互连速率飞速增长随着速率的快速上升，关注并且鼓励硅光技术占据应用主导标准引领，推动多芯光纤在数据中心应用，破解连接数与管线资源难题10G25G40G100G200G400G800G交换机/服务器光交换片间光互连更短距离单芯光纤多芯光纤1通道4+通道VCSELDFB（DML/EML）硅光（SiPh）更高速率更高性能14/2014光使能数据中心：紧盯片间光互联趋势，为光通信打开新蓝海智算、AI大模型等全新需求，凸显出板级、片间高速宽带互连能力是限制算力高效增长的主要瓶颈之一，推动光互连的全面下沉，尤其是片间光互连，将为光通信产业打开新的蓝海。片间光交换光PCIe（光总线）AI模型训练和推理需要高带宽、低时延通信800G光模块200G光模块800G光模块CPU侧GPU侧英伟达GH200 Grace Hopper平台，面向生成式AI大模型，采用256芯片光互连大模型千亿级参数量和训练数据必须采用大规模计算核心集群并发交互计算，通信速率决定算力的实际利用效率片间光互连、光交换已经具备技术可行性片间光互连/光交换克服小尺度范围内铜互连/电交换性能短板，快速提升带宽，使能AI大模型等应用场景15/2015小结希望与产业各界加强协同，共同推进技术创新和产业发展，加速核心技术和产业成熟，携手共筑面向算力网络和5G的高品质光网络坚实底座引领技术创新引领技术创新推动产业成熟推动产业成熟加快成果转化加快成果转化主导SPN、400G等核心技术发展和产业成熟，推动空芯光纤等颠覆性技术研究凝聚光电子产业共识，突破关键器件瓶颈，加速产业快速发展产学研加强合作，共促光通信和光电子产业繁荣壮大16/2016谢 谢！