【導(dǎo)讀】近日，在“中國電信戰(zhàn)新共鏈行動大會暨第三屆科技節(jié)”之“面向云網(wǎng)融合的下一代光網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)論壇”上，中國電信集團科技委主任韋樂平發(fā)表主題演講。
圍繞T比特時代正在開啟，IP層和光層融合技術(shù)的發(fā)展趨勢，下一代新型光纖的發(fā)展與思考，光接入和駐地網(wǎng)技術(shù)的最新發(fā)展趨勢，光器件的創(chuàng)新是關(guān)鍵，ChatGPT開創(chuàng)人工智能新時代，系統(tǒng)闡述了光通信發(fā)展的新趨勢思考。
T比特時代正在開啟
韋樂平表示，T比特DSP的商用實現(xiàn)了群體性突破，T比特光模塊商用化可期，T比特級傳輸系統(tǒng)現(xiàn)場實驗逐步開展，標志著T比特時代正在到來。
DSP方面，Acacia、NEL、Nokia、Infinera、Marvell的1.2Tbps DSP，預(yù)計2023年-2024年均可商用，Ciena的1.6Tbps DSP預(yù)計2024年可商用。光模塊方面，Terabit BiDi MSA聯(lián)盟同時發(fā)布基于100G通道和OM4多模光纖的800G和1.6T的數(shù)通產(chǎn)品，Coherent、旭創(chuàng)等發(fā)布了相關(guān)產(chǎn)品。傳輸網(wǎng)方面，國內(nèi)外均有運營商開展了現(xiàn)網(wǎng)試驗。
相干光通信的在網(wǎng)位置和適用速率一路下沉，占據(jù)80公里/100G速率以上的所有應(yīng)用場景；主導(dǎo)40公里/400G速率，10公里/800G速率，2公里/1.6T速率場景；低功率相干光已邁向10公里/100G速率和40公里/100G速率場景。
相干光通信的技術(shù)進展包括DSP突破，集成化進展，低成本措施，新材料出現(xiàn)（如薄膜鈮酸鋰），封裝架構(gòu)創(chuàng)新（如光電共封）等。
目前，相干光通信已經(jīng)成功應(yīng)用于海纜、長途網(wǎng)、城域網(wǎng)、DCI，正滲透網(wǎng)絡(luò)邊緣、匯聚、5G回傳、企事業(yè)網(wǎng)，試圖突破5G前傳、DCN、VHSP。
對于干線400G的主流方案，傳輸距離比容量更重要，因此QPSK（C6T）、QPSK（C6T+L6T）更適用干線網(wǎng)，對于16QAM-PS（C6T+L6T）更適用于區(qū)域網(wǎng)。
對于基于QPSK的80波400G干線系統(tǒng)的技術(shù)進展，400G相干光模塊方面，分立C6T和L6T激光器可用；低噪聲光纖放大器，分立C6T和L6T可用，長波長NF需改進；波長交換WSS，分立C6T和L6T均可用，C6T+L6T集成2024年可用；光系統(tǒng)，解決SRS，維系波道功率動態(tài)均衡，基本可行。
商用進展方面，韋樂平介紹，中國電信目前干線最大鏈路截面容量121T，用400G擴容可以節(jié)約15%—20%的寶貴光纖資源和大量轉(zhuǎn)發(fā)器，100G資源2026年起逐步達到使用壽命。目前來看，2024年將實現(xiàn)試商用和商用，2025年實現(xiàn)規(guī)模商用，2026年大規(guī)模商用。
IP層和光層物理融合突破障礙
韋樂平介紹，IP層和光層融合的好處在于，消除了大量背靠背灰光和獨立轉(zhuǎn)發(fā)器，降低了功耗、尺寸、成本。統(tǒng)一了IP層和光層的管控和監(jiān)視，實現(xiàn)了光層開放。具備了跨層全局視野，可望更有效地利用兩層資源，規(guī)避無效恢復(fù)和沖突。簡化了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，易于維護，更快適應(yīng)外部變化。
IP層和光層物理融合的障礙在于，目前路由器和光線路系統(tǒng)的對接靠后者的大量獨立光轉(zhuǎn)發(fā)器實現(xiàn)，隨著速率的持續(xù)提高，這種分離方式的成本也越來越高。十幾年前的集成努力由于DSP和光模塊尺寸太大，導(dǎo)致犧牲路由器面板的端口容量，得不償失，運營商不得不繼續(xù)沿用分離的老辦法。
隨著硅、硅光和DSP技術(shù)的進展，目前能將DSP和硅光模塊嵌入路由器標準端口（OSFP-DD），形成適用路由器和光線路系統(tǒng)的400G通用DCO光模塊，實現(xiàn)尺寸、功耗、性能、成本和互操作突破。適用于多種網(wǎng)絡(luò)邊緣接入技術(shù)（企業(yè)應(yīng)用、5G回傳和中傳、OLT、CMTS等）的低成本100ZR通用光模塊（QSFP28）也即將推出。
韋樂平表示，目前IP層和光層融合技術(shù)主要應(yīng)用于城域網(wǎng)，干線場景還有待突破。目前的主要挑戰(zhàn)是多廠家環(huán)境跨層控制的標準化、互操作、利益格局的影響。另外，運營商面臨自主開發(fā)私有管控規(guī)范的自研能力、時效、運維的挑戰(zhàn)。
G.654E將是未來干線主用光纖
韋樂平表示，G.654E光纖將成為未來干線網(wǎng)的主用光纖。測試數(shù)據(jù)表明，對于速率將升級為400G的干線，G.654光纖可望提升距離60%—80%。
對于單纖空分復(fù)用，多芯光纖在兼容現(xiàn)有125μm包層前提下，僅能容納3-4芯，擴容3-4倍，但包括制造工藝、檢測、維護等產(chǎn)業(yè)鏈幾乎需要重新設(shè)計和產(chǎn)業(yè)化。少模光纖靠大芯徑容納3—5個低階模，制造容易，但面臨高階模高衰減、長距離傳輸模式耦合干擾以及復(fù)用/去復(fù)用器挑戰(zhàn)。
另外，高密度大芯數(shù)光纜（多軌系統(tǒng)，一纜多纖）最簡單易行，擴容潛力最大，但需要集成化系統(tǒng)的配合。
值得一提的是，韋樂平還看好空心光纖（HCF）?？招竟饫wHCF）絕大部分信號功率走空氣通道，時延低33%；非線性至少低3-4倍，入纖功率高，傳輸距離長，容量大，可望突破非線性香農(nóng)容量極限。
同時，空心光纖潛在光纖損耗可望低于0.1dB/km、譜寬大（約40THz窗口，遠大于常規(guī)光纖）、模場直徑大（約20μm，高達40μm時仍無明顯彎曲損耗增加）。
不過空芯光纖也面臨著多項成本、多項標準化、仍涉及產(chǎn)業(yè)鏈重新設(shè)計和產(chǎn)業(yè)化等挑戰(zhàn)。
對于空心光纖的應(yīng)用場景，韋樂平介紹在特定低時延應(yīng)用（超算、DCI、海纜等場景），以及非通信應(yīng)用（傳感、高功率傳遞、特殊光源）等都有廣闊的應(yīng)用空間。
FTTR-H目標1億中高端家庭
光接入和駐地網(wǎng)的新發(fā)展趨勢方面，接入帶寬持續(xù)提升，目前全國寬帶端口11.18億，光寬占96.3%，千兆端口數(shù)達2144萬，下一步50G PON，短期用于政企客戶2B應(yīng)用，長遠沖擊100G/200G PON。
在政策支持，競爭驅(qū)動，以及技術(shù)和生態(tài)基本成熟的驅(qū)動下，F(xiàn)TTR發(fā)展迅猛。韋樂平表示，初期將聚焦FTTR-H，也就是家庭場景，預(yù)計今年FTTR-H的用戶超過1000萬，長遠目標是1億中高端家庭，約500億元市場規(guī)模。
目前FTTR還存在一些挑戰(zhàn)，F(xiàn)TTR-H方面主從設(shè)備希望解耦，新業(yè)務(wù)應(yīng)用不足；FTTR-B還有待培育。
網(wǎng)絡(luò)的未來寄希望于光芯片創(chuàng)新
目前，全球運營商都面臨著量收剪刀差的局面。韋樂平指出，降低量收剪刀差的關(guān)鍵是大幅降低網(wǎng)絡(luò)成本，光通信成為降價最慢的領(lǐng)域，其中光器件是瓶頸的瓶頸，光芯片更是瓶頸的立方。原因在于，摩爾定律不適用以手工為主的光通信技術(shù)。
傳輸系統(tǒng)方面，一個80波400G QPSK碼型的C6T+L6T波段的光傳輸系統(tǒng)，光器件成本大約占81%（含oDSP），800G和1.6T只會更高。
核心路由器方面，400G核心路由器，光器件成本占15%，隨著容量提升，背板芯片互連、板卡互連都將光化，光域分量將繼續(xù)增加。
光接入方面，隨著技術(shù)進步和大規(guī)模集采，10G PON光模塊成本占比下降至35%。未來50G PON、WDM-PON光模塊成本占比會更高。
交換機方面，數(shù)據(jù)中心交換機的光模塊成本增速很快，在400Gb/s速率，交換機的光模塊成本已經(jīng)超過交換機本身，高達50%。
光系統(tǒng)對于光器件的總體要求是：高速率、高集成、低功耗、低成本。韋樂平認為，光子集成（PIC）是主要突破方向，其中磷化銦（InP）是唯一的大規(guī)模單片集成技術(shù)，硅光（SiP）是最具潛力的突破方向，可以將電域的CMOS的投資、設(shè)施、經(jīng)驗和技術(shù)用在光域。
另外，基于硅光的光電共封（CPO）是進一步降低功耗、提升能效、提高速率，適應(yīng)AI大模型算力基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的關(guān)鍵器件之一。
韋樂平總結(jié)道，網(wǎng)絡(luò)的未來寄希望于光器件，特別是光芯片的技術(shù)創(chuàng)新。
ChatGPT近中期主要影響DCN
今年人工智能領(lǐng)域最火熱的話題就是ChatGPT。這一類AIGC大模型訓(xùn)練可能需要在DC內(nèi)為每個訓(xùn)練POD單獨構(gòu)建高速數(shù)據(jù)交換網(wǎng)平面。
目前來看主要的技術(shù)要求包括高帶寬和低延遲/零丟包。高帶寬方面，服務(wù)器內(nèi)GPU間總線帶寬達T比特級，服務(wù)器對外僅能提供200G×8的接入能力，是AI集群性能的瓶頸；服務(wù)器間組網(wǎng)，國外多采用IB，性能好，但技術(shù)封閉，國內(nèi)傾向用無損以太網(wǎng)RoCE。
低延遲/零丟包方面，IB時延僅1us，而無損以太網(wǎng)RoCE在5到10us水平，尚需努力。此外，丟包對傳輸效率影響很大，需要近零丟包性能。
韋樂平表示，隨著多模態(tài)視頻到來，帶寬將有數(shù)量級增長，屆時對DCN和DCI的影響需重估，甚至跨群跨云的并行訓(xùn)練必將到來。
在韋樂平看來，近中期ChatGPT主要影響DCN，對DCI和電信網(wǎng)的影響不大，中長期光交換將是解決集群和跨群跨云訓(xùn)練性能和功耗的歸宿。
另外在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域有兩個討論比較多創(chuàng)新技術(shù)，包括光電共封裝CPO和線性直驅(qū)LPO，目前的爭論也很多。
CPO技術(shù)的驅(qū)動力是隨著傳輸速率提升，信號在銅箔電路板的傳輸損耗快速增加，唯有去掉銅線，才能維系速率的持續(xù)提升和功耗的大幅降低。不過，目前技術(shù)尚不成熟，良率不高，維護不方便，標準滯后，實際將復(fù)雜性轉(zhuǎn)移至交換芯片，但其潛力大，最適合200Gb/s SerDes速率以上應(yīng)用場景，是實現(xiàn)未來高速、高密度、低功耗光互連場景的中長期解決方案。
LPO的驅(qū)動力在于去掉光模塊DSP芯片（大約占400G光模塊的一半）可大幅降低功耗，將DSP功能集成到電交換芯片中，依然保持可熱插拔模塊的形態(tài)。可以在繼續(xù)利用成熟光模塊供應(yīng)鏈前提下實現(xiàn)低功耗、低時延目的，但面臨更高速率、更長距離傳輸?shù)木薮筇魬?zhàn)，當前的100Gb/s SerDes速率應(yīng)用是近中期方案。
來源：光通信PRO
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