2024-4-26 09:54

中国信通院张海懿:聚焦AI时代高速光传输,协同支撑推动我国新质生产力发展

C114讯 4月26日消息(焦焦)昨日,CIOE中国光博会与C114通信网联合举办“2024中国光通信高质量发展论坛”第三场研讨会——“400G开启光传送网新时代”如期举办。中国信息通信研究院技术与标准研究所张海懿发表了“AI时代高速光传输关键技术、应用进展及未来展望”的主题演讲。

张海懿介绍,自2022年2月,我国“东数西算”工程全面启动以来,近几年围绕算力基础设施和全国一体化算力网都发布了实施意见。在2024年我国政府工作报告中,将“大力推进现代化产业体系建设,加快发展新质生产力”列为2024年政府工作首项任务,在第3项子任务“深入推进数字经济创新发展”中明确:深化大数据、人工智能等研发应用,开展“人工智能+”行动,打造具有国际竞争力的数字产业集群。适度超前建设数字基础设施,加快形成全国一体化算力体系,培育算力产业生态。

在这一大背景下,5G-A、智算中心、AI大模型等创新业务与应用蓬勃发展,驱动光通信持续向更高速率、更大容量、更长距离、更加智能等方向发展,协同促进全光技术产业生态发展。光传输持续向高速率、长距离、低时延、低能耗、智能化等方向发展演进,需要高速传输系统、模块器件、光纤光缆、智能管控和评估体系等各产业环节的有效支撑。

高速传输系统取得重大进展

在高速传输方面,目前400G技术标准基本完善,我国干线已启动规模部署。张海懿介绍,400G技术方案主要包括16QAM、PCS-16QAM和QPSK。为助力高速传输产业发展,400G技术标准国际和国内均取得很大进展。400G国际标准主要为400ZR(OIF)、OpenZR+、Open ROADM等;国内针对16QAM、PCS-16QAM和QPSK不同调制格式都有相关标准做了明确要求。我国400G超长距在2023年密集开展试验验证。2024年3月,中国移动和华为合作,开通了京蒙400G干线,这也标志着全球400G规模商用的开启。

张海懿认为,400G C+L波段扩展的光传输系统将有相当长的生命周期。400G技术采用C+L波段,目前部分不同波段的器件和模块还处于相对分离的状态,未来C+L波段WDM系统集成和多波段器件一体化是推进重点。目前, C+L一体化WSS已商用,C+L一体化OTU预计24-25年可实现商用。

未来,国内运营商和设备商将围绕800G、1.6T速率加快技术标准研究,启动DCI试点验证。目前,国内外运营商和设备厂商等已联合开展多次800G及以上速率技术试验验证。从整个产业化看,基于130GBaud,16QAM调制的800G方案是目前技术研究和产品研发的重点,它可以重用400G QPSK产业链。1.6T还有赖于200GBaud以上光电器件的成熟。从标准化看,800G和1.6T成为ITU-T、OIF、IEEE802.3、CCSA等国内外标准组织的研究热点,调制格式、映射技术、扩展C+L光系统、高性能FEC等是标准化的关键。

模块器件加速研发应用

随着高速传输系统的进展加速,模块器件的研发应用也随之加速。张海懿表示,整体而言,模块器件在技术方案商,目前8x100Gb/s光模块基本成熟,已量产商用 。4×200Gb/s和城域800Gb/s相干光模块是当前研发重点,4×200Gb/s已研发出样品,800Gb/s相干光模块中96GBd(64QAM)已商用,140GBd(16QAM)已研发出样品。在标准进展方面,8×100G、800G 80km及以内相干光模块国内外标准基本完成,4×200G、城域800G相干光模块产品研发及标准化正在推进中。标准化布局正向T+演进延伸,1.6Tb/s直调直检光模块预计明年初步商用。

围绕着未来高速传输的发展,高性能芯片器件将成为关注热点。目前单波100Gb/s直调直检以VCSEL/EML方案为主,硅光方案功耗更低,但技术壁垒高、耦合工艺相对复杂。单波200Gb/s直调直检的VCSEL方案正在研发验证中,EML方案相对成熟,硅光方案带宽(<60GHz)为技术难点,需配合大带宽驱动技术,TFLN方案有待进一步成熟。而200+GBd相干方案方面,TFLN、TFLN+硅光集成方案或将介入。

未来,光电器件将发挥III-V族、硅基光电子、薄膜铌酸锂等各种材料的优异特性,实现整体最优,芯片器件将向三维集成和异质集成方向演进。

另外,在模块器件方面,光电合封(CPO)线性驱动(LPO)也是重要发展方向。CPO的特点是光引擎靠近ASIC,减少电通道损耗和阻抗不连续性,能量效率优化40%,匹配高速低功耗互连需求,据Yole数据,2033年市场规模将达到2.87亿美元,年复合增长率69%。LPO无需DSP或CDR,依靠高性能SerDes、以及高线性度和具备均衡能力的Driver和TIA实现相关功能,具备低能耗、低延时等优势。未来,LPO与CPO殊途同归,终极形态是线性直驱的合封版本。

此外,张海懿认为,C+L波段光器件一体化也有待持续推动。目前,相干光收发器件方面,CDM和ICR C+L宽谱技术已突破,可采用硅光、薄膜铌酸锂等方案;ITLA C+L一体化挑战较大,当前处于研究阶段,商用时间待定。光放大器方面,受铒纤增益谱约束,当前EDFA无法实现C+L一体化,正在研究铒铋共掺等方案,通过改变增益光纤掺杂元素和工艺条件等实现一体化,拉曼放大器原理上可行,但功耗、成本、集成度更高。波长选择开关(WSS)方面,C+L一体化WSS正处于攻坚阶段,32维产品即将突破。阵列波导光栅(AWG)等,OSC/OPM等无技术障碍,部分参数重新定义,面向L波段宽谱和高波特率的AWG等器件重新开发和规范。

超低损、空分复用和空芯光纤是关注热点

在光纤光缆方面,张海懿表示,超低损光纤、空分复用光纤和空芯光纤均是业内关注的热点。

超低损光纤已成为400G高速光传输的优配,可满足超长距传输和算间互联的需要。G.652D光纤持续向超低损耗方向优化提升,仍是长途干线大规模部署的主流光纤;G.654E光纤已具备规模生产能力,进入工程应用阶段,东数西算建设推动G.654E光纤在骨干长途光传输的部署;G.654系列超低损光纤已成为海缆系统跨洋超长距传输的应用首选。张海懿认为,我国G.654E光缆部署还需提速,光纤产业还具有性能提升空间,仍需加速提质,构建算力网全光骨架。

空分复用光纤应用试验加快,多芯+少模光纤成为单纤容量倍增的可行路径。2023年,中国信息通信科技集团利用19芯单模多芯光纤实现总传输容量4.1Pbps光传输系统。同年,日本NICT在欧洲光通信会议上报道了基于38芯3模的多芯少模光纤,实现22.9 Pbps 光传输系统。而空分复用技术标准整体处于研制阶段,在国内CCSA TC6已立项3项空分复用研究课题,研究内容涉及光纤特性及应用、光器件、传输技术;国际上,ITU-T SG15会议通过并发布GSTR.SDM技术报告和G.sup.G.65x立项。

空芯光纤具备超宽带、超低时延、传输损耗低和超低非线性等固有优点,有望孕育光网络传输介质的根本性变革。但目前,空芯光纤的标准化尚处研究起步阶段,还有待突破的技术瓶颈和待提高的产业链布局。技术瓶颈方面,需解决光纤空间几何结构标准化和工艺稳定性,现网部署工程化等问题,预估仍需至少5年以上的持续攻关。产业链布局方面,需加快原材料技术、设备技术和器件技术、中继放大技术等产业链联动和推进试验验证,逐步向实用化演进。标准化研究方面,国内CCSA已立项3项空芯光纤研究课题,研究内容涉及关键技术、光器件、超高速光传输。

数字孪生和AI大模型加速应用,推动网络智能化发展

张海懿表示,在智能管控方面,多业务融合承载需求推动算网协同管控、网络数字孪生和AI大模型、L4+智能化技术创新发展。

目前,我国传送网数字孪生应用场景主要聚焦在故障与灾害模拟、数字化运维、业务割接演练和性能评估优化等方面。传送网数字孪生标准体系也已建立,包括传送网数字孪生的架构、测试与评估、运营管理等。同时,相应的传送网数字孪生能力的评估体系也已建立完成。

张海懿还表示,近两年网络大模型的兴起也进一步推动了AI大模型的加速应用,推动了传送网智能化向L4+演进。AI大模型为网络智能化提供推理和决策支撑,网络数字孪生系统对预测决策进行仿真推演。目前来看,传送网应用AI大模型的需求场景主要在于知识问答、方案生成、离网预测等方面。

构建运载力指数评估体系,强化算力网络质量监测

最后,张海懿表示,在评估体系方面,我国已构建算力网络的运载力指数评估体系,加速推进规范化开展算力网络质量监测工作,持续开展全光运力和算力网络质量监测评估分析工作,为算力提供更强大的承载和运输平台。

展望未来,张海懿期望各企业聚焦AI+时代算力基础设施高质量发展需求,支撑双千兆+行动计划赋能千行百业数智化发展。联合产业各方协同推进高速光通信技术攻关、产业生态创新、网络质量监测,推动我国新质生产力发展。

作者:焦焦   来源:C114通信网

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本评论 更新于:2024-6-16 4:22:12
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