2023年已過大半，光通信領(lǐng)域有哪些值得關(guān)注的技術(shù)趨勢？

引言：上個星期，小棗君去深圳參加了CIOE中國光博會，獲得了一些光通信領(lǐng)域的最新技術(shù)動態(tài)進(jìn)展。今天，我來和大家做一個分享。

這次光博會，整個行業(yè)的參與熱情很高。據(jù)主辦方統(tǒng)計，為期三天的展會，現(xiàn)場參展商超過3000家，累計參觀人數(shù)超過10w人。

總的來看，目前國內(nèi)光通信行業(yè)的關(guān)注重點(diǎn)，集中在以下幾個方向：

1、400G的全面落地

2、G.654.E光纖的加速部署

3、LPO的崛起

4、FTTR和50G PON

5、高性能算力集群網(wǎng)絡(luò)

接下來，小棗君就逐一向大家進(jìn)行解讀。

█?400G的全面落地

經(jīng)過產(chǎn)業(yè)鏈上下游的多年準(zhǔn)備，今年，國內(nèi)光通信骨干網(wǎng)終于要迎來400G的全面落地。

根據(jù)與會專家提供的信息，在“東數(shù)西算”戰(zhàn)略的帶動下，在“算力網(wǎng)絡(luò)”的建設(shè)愿景下，運(yùn)營商側(cè)正在積極布局全光運(yùn)力建設(shè)，開展400G建設(shè)和試運(yùn)行：

中國電信方面，建成了大灣區(qū)首張400G全光運(yùn)力網(wǎng)，ChinaNet骨干網(wǎng)完成了400GE IP+光長途傳輸現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)。

中國移動方面，建成橫跨浙江、江西、湖南、貴州四省的400G全光試驗(yàn)網(wǎng)，2023年底準(zhǔn)備啟動相關(guān)的部署和實(shí)施。（據(jù)透露，省內(nèi)400G的集采會在10月份開啟。）

中國聯(lián)通方面，在山東、浙江、上海等多地建成400G試驗(yàn)網(wǎng)。

400G高速互聯(lián)，是全光運(yùn)力的再次升級，是全光轉(zhuǎn)發(fā)低時延、高速光模塊等多種技術(shù)的合力。它的目標(biāo)，就是為了提供確定性的承載，以及品質(zhì)入算的能力。

目前的現(xiàn)實(shí)情況，隨著數(shù)據(jù)中心的大量建設(shè)，骨干網(wǎng)帶寬需求持續(xù)增加。省際出口帶寬，整體來看會達(dá)到超百T的量級。

在時延方面，我們國家東數(shù)西算戰(zhàn)略提出的基本要求，是：城市內(nèi)部要做到1毫秒，城市到樞紐節(jié)點(diǎn)5毫秒，樞紐節(jié)點(diǎn)和樞紐節(jié)點(diǎn)保持20毫秒。

所以這些，都意味著骨干網(wǎng)升級400G迫在眉睫。

經(jīng)過多年的摸索，基于130GBaud波特率、QPSK調(diào)制方式的單波400Gb/s系統(tǒng)，已然成為國內(nèi)長距離干線建設(shè)的首選。

CCSA現(xiàn)在已經(jīng)完成了城域400G和長距400G的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，城域800G和400G超長距的標(biāo)準(zhǔn)也在編制的過程當(dāng)中。

在波段擴(kuò)展方面，C6T+L6T波段（共12個T）也已成為共識。

值得一提的是，除了400G之外，800G、1.6T的技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)也在穩(wěn)步推進(jìn)中。部分廠商都已推出了樣品，并進(jìn)行試點(diǎn)。

800G和以上的光模塊，在多個標(biāo)準(zhǔn)組織中都在持續(xù)的開展。像IPEC、800GPortal和CCSA，已經(jīng)有了部分標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布。大部分的標(biāo)準(zhǔn)可能會在2024-2025年陸續(xù)發(fā)布。

速度升級看上去很簡單，但牽扯到頻譜的擴(kuò)展，光器件的升級，模塊的功耗和體積控制，集成度上的要求，以及產(chǎn)業(yè)鏈的復(fù)用，真的沒有想象中那么簡單。

后面的道路，漫長且充滿挑戰(zhàn)。

█?G.654.E光纖的加速部署

相信大家最近也看到了中國移動關(guān)于G.654E光纖光纜產(chǎn)品的集中采購招標(biāo)公告。

這次采購累計8463皮長公里，折合122.79萬芯公里。相比2022年的首次654E光纖集采（2134皮長公里，折合33.24萬芯公里），這次的集采規(guī)模增長近4倍！

G.654E光纖的上量，也是為骨干網(wǎng)400G全面升級進(jìn)行的鋪墊。

G.654.E光纖具備超低損耗、低非線性性的特點(diǎn)，在超長距光傳輸方面展現(xiàn)了非常好的性能，獲得了三大運(yùn)營商的一致認(rèn)可，將用于構(gòu)筑算力網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)骨干網(wǎng)。

在產(chǎn)業(yè)方面，G.654.E光纖已經(jīng)具備了規(guī)模生產(chǎn)的能力，進(jìn)入了工程應(yīng)用的階段。

目前，G.654.E光纖國內(nèi)總共只有3萬皮長公里左右，在整個干線網(wǎng)的占比只有不到3%。未來幾年，G.654.E光纖的建設(shè)規(guī)模潛力巨大。

在性能上，G.654.E光纖的損耗未來還有望優(yōu)化到0.15dB/km，整個C+L波段的傳輸平坦度也有可能進(jìn)一步提升。這對于C+L波段的應(yīng)用也會帶來幫助。

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，截止今年6月份，國內(nèi)光纜網(wǎng)總長度已經(jīng)達(dá)到了6196萬公里，長途的光纜線路超過了111萬公里。

隨著算力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的進(jìn)一步加速，圍繞算力樞紐節(jié)點(diǎn)之間，還需要建設(shè)130條干線光纜。

這些新建設(shè)的新型光纜網(wǎng)，將進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)的傳輸帶寬和性能，對有利于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的升級。

在光纖光纜方面，還有兩個重要的技術(shù)方向值得關(guān)注。

首先，第一個，是空分復(fù)用的多芯少模光纖。

空分復(fù)用的多芯少模光纖已經(jīng)成為突破Pbps容量的可行路徑。

今年，中國信科集團(tuán)光通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了總傳輸容量4.1Pb/s、凈傳輸容量3.61P/s的單模19芯光纖傳輸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。

粵港澳大灣區(qū)建設(shè)的超級光網(wǎng)絡(luò)，總長度超過160公里，連接廣州和深圳，采用烽火自主的空分復(fù)用光纖光纜技術(shù)，打造了目前世界上距離最長、容量最大的空分復(fù)用光通信系統(tǒng)。

圍繞著空分復(fù)用這一塊的標(biāo)準(zhǔn)化也是在逐步推進(jìn)中。

在中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會的TC6，已經(jīng)立項(xiàng)3項(xiàng)空分復(fù)用有關(guān)的研究課題。去年9月，ITU-T SG15會議發(fā)布“空分復(fù)用傳輸有關(guān)技術(shù)報告”。

總的來說，國內(nèi)國際的標(biāo)準(zhǔn)組織對這塊都是非常關(guān)注的。

另一個重要方向，是空心光纖。

空心光纖，顧名思義，光纖中心是一個空氣或真空芯，而不是玻璃或其他材料。它被認(rèn)為是一種顛覆性技術(shù)，具有大帶寬、低時延、低損耗的特點(diǎn)，被廣泛看好。

因?yàn)檎麄€介質(zhì)發(fā)生了變化，在空氣中傳輸，所以每公里時延降低1.54微秒。

在超低損耗方面，理論最小損耗可以小于0.1dB/km。目前，像南普頓大學(xué)公開的是0.174dB/km。

空芯光纖還有一個非常重要的特點(diǎn)，就是具有超低的非線性。

目前，空芯光纖的行業(yè)關(guān)注度很高。它在光纜結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化以及跟傳輸系統(tǒng)之間的協(xié)同創(chuàng)新還處于早期階段，有很多機(jī)構(gòu)都在參與預(yù)研。

空心光纖一個值得關(guān)注的瓶頸在拉絲長度。

目前，實(shí)心光纖可以拉1萬公里。但空心光纖極限也只有10公里，相差3個數(shù)量級。這直接帶來了巨大的成本差異，影響規(guī)?；a(chǎn)。

█?LPO的崛起

去年和今年年初，我們還在熱議CPO/NPO。如今，LPO又來了。

前面我們提到，在數(shù)據(jù)帶寬需求的推動下，光模塊從400G向800G，進(jìn)一步向1.6T演進(jìn)。

速率越來越高，傳統(tǒng)可插拔光模塊的集成度、功耗等問題將變得非常難以解決。

之前，行業(yè)提出了CPO和NPO。現(xiàn)在，又提出LPO（Linear Pluggable Optics，線性可插拔光模塊）。

LPO通過線性直驅(qū)（Linear-drive）技術(shù)替換傳統(tǒng)的DSP，將對應(yīng)的整體補(bǔ)償功能轉(zhuǎn)移到模塊的模擬電芯片和對應(yīng)的ACK Serdes的功能單元中，在低損耗、低功耗、低延時、低成本和熱插拔等方面，具有比較大的優(yōu)勢。

LPO保持了模塊可插拔形態(tài)。根據(jù)業(yè)界數(shù)據(jù)，LPO功耗相較傳統(tǒng)可插拔光模塊下降50%，與CPO接近。

采用線性直驅(qū)方案后，硅光、VCSEL、薄膜鈮酸鋰功耗均可以下降50%左右。

低功耗不僅節(jié)省電能，而且能夠減少模塊內(nèi)組件的發(fā)熱。

去掉DSP芯片后，系統(tǒng)減少了對信號復(fù)原的時間，延遲大幅降低。

DSP價格較高，400G光模塊中，DSP的BOM成本約占20-40%。LPO的Driver和TIA里集成了EQ功能，成本會較DSP上浮少許，但LPO方案還是可以將光模塊成本下降許多。

相比于CPO，LPO沒有顯著改變光模塊的封裝形式，采用可插拔模塊，便于維護(hù)，并且可以充分利用現(xiàn)有的成熟技術(shù)。

根據(jù)預(yù)測，LPO將在2024年的年底實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

關(guān)于LPO是不是最優(yōu)解，會議上的專家也有提出不同看法，認(rèn)為需要通過設(shè)計和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入論證。

LPO不是只有優(yōu)點(diǎn)，也有缺點(diǎn)。

因?yàn)槿サ袅薉SP，所以，需要更強(qiáng)的SerDes去補(bǔ)償。而更強(qiáng)的SerDes，就意味這成本會變高。

此前應(yīng)用較為廣泛的光模塊是基于50G的SerDes，目前400G、800G的光模塊都是基于100G的SerDes，以后就是200G的SerDes。

SerDes是指電這塊的速率，光這塊的速率也有相應(yīng)的演進(jìn)，這個演進(jìn)對光模塊的影響是速率在不斷提升。

LPO還會帶來互聯(lián)互通的問題。不僅是交換機(jī)之間的互聯(lián)互通，還有傳統(tǒng)光模塊的互聯(lián)互通。這使得LPO的應(yīng)用場景受限。

關(guān)于LPO的技術(shù)細(xì)節(jié)還是比較復(fù)雜的。后續(xù)，小棗君會專門撰文對其進(jìn)行介紹。

順便說一下封裝。

傳統(tǒng)的光模塊的封裝形式多種多樣，到了400G、800G、1.6T，這種情況要有所改變。封裝格式在不斷收斂，比如縮減到QSFP-DD和OSFP，相關(guān)的模塊可能會縮減到OSFP和CFP8。

封裝格式的收斂，對于產(chǎn)業(yè)發(fā)展來說，是一件好事。

█?FTTR和50G PON

在本次會議上，另一個關(guān)注重點(diǎn)，就是接入網(wǎng)層面的FTTR和50G PON。

FTTR這兩年運(yùn)營商一直都在積極推動。目前，各運(yùn)營商已有幾百萬的用戶，據(jù)說，年底要突破1000萬。

運(yùn)營商也隱晦表達(dá)了，F(xiàn)TTR對家庭用戶來說，存在一定的需求不足。所以，F(xiàn)TTR的推廣重點(diǎn)，現(xiàn)在開始一定程度地從FTTR-H（面向家庭）轉(zhuǎn)向FTTR-B（面向企業(yè)），包括大B和小B（小微企業(yè)）。

PON技術(shù)方面，目前就是從10G PON轉(zhuǎn)向50G PON。

國內(nèi)2021年左右開始推動10G PON建設(shè)，僅不到3年，整個千兆光網(wǎng)的覆蓋已經(jīng)超過5億家庭，有超過1億的千兆用戶。

現(xiàn)在，運(yùn)營商正在積極進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證和儲備的，是50G PON。根據(jù)預(yù)測，2024-2025年，將是50G PON推出的時間。2027-2030年，50G PON將達(dá)到一定規(guī)模。

目前，50G PON的標(biāo)準(zhǔn)制定工作已經(jīng)基本成熟。相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)有了不少樣機(jī)，運(yùn)營商也組織進(jìn)行了試用。

從技術(shù)層面來說，50G上行的難度和挑戰(zhàn)最大。ONU想和以往一樣不變，不太現(xiàn)實(shí)。要么集成SOA，要么采用大功率激光器，還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

除了家庭場景之外，運(yùn)營商開始將PON技術(shù)引入到行業(yè)場景，例如工業(yè)PON。

行業(yè)場景對時延有更高要求，所以50G PON需要重點(diǎn)關(guān)注時延能力的提升。在工廠多種協(xié)議的兼容性上，在遠(yuǎn)程供電能力上，在抗干擾能力上等各方面，工業(yè)PON都是有一定要求的，它的挑戰(zhàn)比家用寬帶場景要復(fù)雜得多。

另外，還需要提一下，OTN的下沉，仍然在推進(jìn)之中。

OTN點(diǎn)對多點(diǎn)的品質(zhì)專線，可以支撐OTN進(jìn)一步向用戶延伸，把OTN技術(shù)和現(xiàn)有的ODN和傳輸網(wǎng)、接入網(wǎng)進(jìn)一步融合。接入側(cè)通過固定的分配，傳輸側(cè)通過OICO和ODO的硬管道，達(dá)到端到端硬隔離的傳輸。

█ 高性能算力集群網(wǎng)絡(luò)

AIGC是今年最火的話題。光通信行業(yè)也受到AIGC大模型高速發(fā)展的帶動，獲得了不錯的業(yè)績表現(xiàn)。

我今年寫過了多篇關(guān)于高性能網(wǎng)絡(luò)的文章，介紹AIGC大模型背后的網(wǎng)絡(luò)支撐技術(shù)。

AIGC大模型需要大量GPU來支撐計算，集群規(guī)模越來越大，對集群網(wǎng)絡(luò)的性能要求極高。

網(wǎng)絡(luò)的帶寬、時延、穩(wěn)定性和可靠性，直接影響了GPU集群的計算時間，也決定了整個計算的成本。

目前，主流的技術(shù)路線就是InfiniBand（IB）和RoCE方案。

IB為英偉達(dá)私有協(xié)議，成本太高，基本上是后者的3-5倍。所以，越來越多的廠商，選擇傳統(tǒng)以太網(wǎng)結(jié)合RDMA技術(shù)改造出來的新型以太網(wǎng)RoCE。

RoCE是開源的，各種廠商都有相關(guān)的解決方案，選擇余地比較多，性價比高。

目前，國內(nèi)主要使用的GPU是英偉達(dá)A800（A100買不到）。A800的互聯(lián)帶寬是400Gbps，A100是600Gbps。

H100的互聯(lián)帶寬更是高達(dá)900Gbps（H800是450Gbps）。

所以國外在抓緊搞基于800G光模塊的智算集群。我們還是以400G為主，對800G的需求不算太強(qiáng)烈。但持續(xù)的追趕，還是必須的。未來幾年，我們就是想辦法從400G干到800G。

從宏觀來看，RoCE給國內(nèi)廠商提供了一個很好的趕超機(jī)會，也為國內(nèi)企業(yè)發(fā)展AIGC大模型提供了選擇余地。

好了，以上就是目前國內(nèi)光通信行業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域進(jìn)展。限于篇幅，很多技術(shù)細(xì)節(jié)上的內(nèi)容就不深入展開了。

后續(xù)，我會針對LPO、空心光纖、50G PON等重點(diǎn)技術(shù)，進(jìn)行專門撰文介紹，敬請關(guān)注！

注：本文部分內(nèi)容，引用自光博會專題論壇的嘉賓演講。包括但不限于：

1、《算力時代全光運(yùn)力關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢和展望》，張海懿；2、《打造全光底座，實(shí)現(xiàn)“聯(lián)算+聯(lián)企+聯(lián)家”》，唐雄燕；3、《面向算力網(wǎng)絡(luò)的400G全光網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用展望》，李晗；4、《AI時代的光通信機(jī)遇和挑戰(zhàn)》，李俊杰；5、《千兆光網(wǎng)聯(lián)家聯(lián)企雙軌并進(jìn)》，敖立；6、《面向算力網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建新一代光接入網(wǎng)》，張德朝；7、《千兆光網(wǎng)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用創(chuàng)新》，蔣銘；

部分演講PPT照片和展會現(xiàn)場照片，還在整理中（這幾天生病，耽擱了），明天會發(fā)。敬請關(guān)注。