2023年已过大半，光通信领域有哪些值得关注的技术趋势？

引言：上个星期，小枣君去深圳参加了CIOE中国光博会，获得了一些光通信领域的最新技术动态进展。今天，我来和大家做一个分享。

这次光博会，整个行业的参与热情很高。据主办方统计，为期三天的展会，现场参展商超过3000家，累计参观人数超过10w人。

总的来看，目前国内光通信行业的关注重点，集中在以下几个方向：

1、400G的全面落地

2、G.654.E光纤的加速部署

3、LPO的崛起

4、FTTR和50G PON

5、高性能算力集群网络

接下来，小枣君就逐一向大家进行解读。

█ 400G的全面落地

经过产业链上下游的多年准备，今年，国内光通信骨干网终于要迎来400G的全面落地。

根据与会专家提供的信息，在“东数西算”战略的带动下，在“算力网络”的建设愿景下，运营商侧正在积极布局全光运力建设，开展400G建设和试运行：

中国电信方面，建成了大湾区首张400G全光运力网，ChinaNet骨干网完成了400GE IP+光长途传输现网试点。

中国移动方面，建成横跨浙江、江西、湖南、贵州四省的400G全光试验网，2023年底准备启动相关的部署和实施。（据透露，省内400G的集采会在10月份开启。）

中国联通方面，在山东、浙江、上海等多地建成400G试验网。

400G高速互联，是全光运力的再次升级，是全光转发低时延、高速光模块等多种技术的合力。它的目标，就是为了提供确定性的承载，以及品质入算的能力。

目前的现实情况，随着数据中心的大量建设，骨干网带宽需求持续增加。省际出口带宽，整体来看会达到超百T的量级。

在时延方面，我们国家东数西算战略提出的基本要求，是：城市内部要做到1毫秒，城市到枢纽节点5毫秒，枢纽节点和枢纽节点保持20毫秒。

所以这些，都意味着骨干网升级400G迫在眉睫。

经过多年的摸索，基于130GBaud波特率、QPSK调制方式的单波400Gb/s系统，已然成为国内长距离干线建设的首选。

CCSA现在已经完成了城域400G和长距400G的标准发布，城域800G和400G超长距的标准也在编制的过程当中。

在波段扩展方面，C6T+L6T波段（共12个T）也已成为共识。

值得一提的是，除了400G之外，800G、1.6T的技术研究和标准建设也在稳步推进中。部分厂商都已推出了样品，并进行试点。

800G和以上的光模块，在多个标准组织中都在持续的开展。像IPEC、800GPortal和CCSA，已经有了部分标准的发布。大部分的标准可能会在2024-2025年陆续发布。

速度升级看上去很简单，但牵扯到频谱的扩展，光器件的升级，模块的功耗和体积控制，集成度上的要求，以及产业链的复用，真的没有想象中那么简单。

后面的道路，漫长且充满挑战。

█ G.654.E光纤的加速部署

相信大家最近也看到了中国移动关于G.654E光纤光缆产品的集中采购招标公告。

这次采购累计8463皮长公里，折合122.79万芯公里。相比2022年的首次654E光纤集采（2134皮长公里，折合33.24万芯公里），这次的集采规模增长近4倍！

G.654E光纤的上量，也是为骨干网400G全面升级进行的铺垫。

G.654.E光纤具备超低损耗、低非线性性的特点，在超长距光传输方面展现了非常好的性能，获得了三大运营商的一致认可，将用于构筑算力网络全网骨干网。

在产业方面，G.654.E光纤已经具备了规模生产的能力，进入了工程应用的阶段。

目前，G.654.E光纤国内总共只有3万皮长公里左右，在整个干线网的占比只有不到3%。未来几年，G.654.E光纤的建设规模潜力巨大。

在性能上，G.654.E光纤的损耗未来还有望优化到0.15dB/km，整个C+L波段的传输平坦度也有可能进一步提升。这对于C+L波段的应用也会带来帮助。

根据数据统计，截止今年6月份，国内光缆网总长度已经达到了6196万公里，长途的光缆线路超过了111万公里。

随着算力网络建设的进一步加速，围绕算力枢纽节点之间，还需要建设130条干线光缆。

这些新建设的新型光缆网，将进一步提升数据的传输带宽和性能，对有利于网络架构的升级。

在光纤光缆方面，还有两个重要的技术方向值得关注。

首先，第一个，是空分复用的多芯少模光纤 。

空分复用的多芯少模光纤已经成为突破Pbps容量的可行路径。

今年，中国信科集团光通信技术和网络全国重点实验室实现了总传输容量4.1Pb/s、净传输容量3.61P/s的单模19芯光纤传输系统实验。

粤港澳大湾区建设的超级光网络，总长度超过160公里，连接广州和深圳，采用烽火自主的空分复用光纤光缆技术，打造了目前世界上距离最长、容量最大的空分复用光通信系统。

围绕着空分复用这一块的标准化也是在逐步推进中。

在中国通信标准化协会的TC6，已经立项3项空分复用有关的研究课题。去年9月，ITU-T SG15会议发布“空分复用传输有关技术报告”。

总的来说，国内国际的标准组织对这块都是非常关注的。

另一个重要方向，是空心光纤 。

空心光纤，顾名思义，光纤中心是一个空气或真空芯，而不是玻璃或其他材料。它被认为是一种颠覆性技术，具有大带宽、低时延、低损耗的特点，被广泛看好。

因为整个介质发生了变化，在空气中传输，所以每公里时延降低1.54微秒。

在超低损耗方面，理论最小损耗可以小于0.1dB/km。目前，像南普顿大学公开的是0.174dB/km。

空芯光纤还有一个非常重要的特点，就是具有超低的非线性。

目前，空芯光纤的行业关注度很高。它在光缆结构标准化以及跟传输系统之间的协同创新还处于早期阶段，有很多机构都在参与预研。

空心光纤一个值得关注的瓶颈在拉丝长度。

目前，实心光纤可以拉1万公里。但空心光纤极限也只有10公里，相差3个数量级。这直接带来了巨大的成本差异，影响规模化生产。

█ LPO的崛起

去年和今年年初，我们还在热议CPO/NPO。如今，LPO又来了。

前面我们提到，在数据带宽需求的推动下，光模块从400G向800G，进一步向1.6T演进。

速率越来越高，传统可插拔光模块的集成度、功耗等问题将变得非常难以解决。

之前，行业提出了CPO和NPO。现在，又提出LPO（Linear Pluggable Optics，线性可插拔光模块） 。

LPO通过线性直驱（Linear-drive）技术替换传统的DSP，将对应的整体补偿功能转移到模块的模拟电芯片和对应的ACK Serdes的功能单元中，在低损耗、低功耗、低延时、低成本和热插拔等方面，具有比较大的优势。

LPO保持了模块可插拔形态。根据业界数据，LPO功耗相较传统可插拔光模块下降50%，与CPO接近。

采用线性直驱方案后，硅光、VCSEL、薄膜铌酸锂功耗均可以下降50%左右。

低功耗不仅节省电能，而且能够减少模块内组件的发热。

去掉DSP芯片后，系统减少了对信号复原的时间，延迟大幅降低。

DSP价格较高，400G光模块中，DSP的BOM成本约占20-40%。LPO的Driver和TIA里集成了EQ功能，成本会较DSP上浮少许，但LPO方案还是可以将光模块成本下降许多。

相比于CPO，LPO没有显著改变光模块的封装形式，采用可插拔模块，便于维护，并且可以充分利用现有的成熟技术。

根据预测，LPO将在2024年的年底实现量产。

关于LPO是不是最优解，会议上的专家也有提出不同看法，认为需要通过设计和实验进行深入论证。

LPO不是只有优点，也有缺点。

因为去掉了DSP，所以，需要更强的SerDes去补偿。而更强的SerDes，就意味这成本会变高。

此前应用较为广泛的光模块是基于50G的SerDes，目前400G、800G的光模块都是基于100G的SerDes，以后就是200G的SerDes。

SerDes是指电这块的速率，光这块的速率也有相应的演进，这个演进对光模块的影响是速率在不断提升。

LPO还会带来互联互通的问题。不仅是交换机之间的互联互通，还有传统光模块的互联互通。这使得LPO的应用场景受限。

关于LPO的技术细节还是比较复杂的。后续，小枣君会专门撰文对其进行介绍。

顺便说一下封装 。

传统的光模块的封装形式多种多样，到了400G、800G、1.6T，这种情况要有所改变。封装格式在不断收敛，比如缩减到QSFP-DD和OSFP，相关的模块可能会缩减到OSFP和CFP8。

封装格式的收敛，对于产业发展来说，是一件好事。

█ FTTR和50G PON

在本次会议上，另一个关注重点，就是接入网层面的FTTR和50G PON。

FTTR这两年运营商一直都在积极推动。目前，各运营商已有几百万的用户，据说，年底要突破1000万。

运营商也隐晦表达了，FTTR对家庭用户来说，存在一定的需求不足。所以，FTTR的推广重点，现在开始一定程度地从FTTR-H（面向家庭）转向FTTR-B（面向企业），包括大B和小B（小微企业）。

PON技术方面，目前就是从10G PON转向50G PON。

国内2021年左右开始推动10G PON建设，仅不到3年，整个千兆光网的覆盖已经超过5亿家庭，有超过1亿的千兆用户。

现在，运营商正在积极进行技术验证和储备的，是50G PON。根据预测，2024-2025年，将是50G PON推出的时间。2027-2030年，50G PON将达到一定规模。

目前，50G PON的标准制定工作已经基本成熟。相关产品已经有了不少样机，运营商也组织进行了试用。

从技术层面来说，50G上行的难度和挑战最大。ONU想和以往一样不变，不太现实。要么集成SOA，要么采用大功率激光器，还有待进一步验证。

除了家庭场景之外，运营商开始将PON技术引入到行业场景，例如工业PON。

行业场景对时延有更高要求，所以50G PON需要重点关注时延能力的提升。在工厂多种协议的兼容性上，在远程供电能力上，在抗干扰能力上等各方面，工业PON都是有一定要求的，它的挑战比家用宽带场景要复杂得多。

另外，还需要提一下，OTN的下沉，仍然在推进之中。

OTN点对多点的品质专线，可以支撑OTN进一步向用户延伸，把OTN技术和现有的ODN和传输网、接入网进一步融合。接入侧通过固定的分配，传输侧通过OICO和ODO的硬管道，达到端到端硬隔离的传输。

█ 高性能算力集群网络

AIGC是今年最火的话题。光通信行业也受到AIGC大模型高速发展的带动，获得了不错的业绩表现。

我今年写过了多篇关于高性能网络的文章，介绍AIGC大模型背后的网络支撑技术。

AIGC大模型需要大量GPU来支撑计算，集群规模越来越大，对集群网络的性能要求极高。

网络的带宽、时延、稳定性和可靠性，直接影响了GPU集群的计算时间，也决定了整个计算的成本。

目前，主流的技术路线就是InfiniBand（IB）和RoCE方案。

IB为英伟达私有协议，成本太高，基本上是后者的3-5倍。所以，越来越多的厂商，选择传统以太网结合RDMA技术改造出来的新型以太网RoCE。

RoCE是开源的，各种厂商都有相关的解决方案，选择余地比较多，性价比高。

目前，国内主要使用的GPU是英伟达A800（A100买不到）。A800的互联带宽是400Gbps，A100是600Gbps。

H100的互联带宽更是高达900Gbps（H800是450Gbps）。

所以国外在抓紧搞基于800G光模块的智算集群。我们还是以400G为主，对800G的需求不算太强烈。但持续的追赶，还是必须的。未来几年，我们就是想办法从400G干到800G。

从宏观来看，RoCE给国内厂商提供了一个很好的赶超机会，也为国内企业发展AIGC大模型提供了选择余地。

好了，以上就是目前国内光通信行业的重点关注领域进展。限于篇幅，很多技术细节上的内容就不深入展开了。

后续，我会针对LPO、空心光纤、50G PON等重点技术，进行专门撰文介绍，敬请关注！

注：本文部分内容，引用自光博会专题论坛的嘉宾演讲。包括但不限于：

1、《算力时代全光运力关键技术发展趋势和展望》，张海懿；

2、《打造全光底座，实现“联算+联企+联家”》，唐雄燕；

3、《面向算力网络的400G全光网技术创新与应用展望》，李晗；

4、《AI时代的光通信机遇和挑战》，李俊杰；

5、《千兆光网联家联企双轨并进》，敖立；

6、《面向算力网络构建新一代光接入网》，张德朝；

7、《千兆光网技术发展和应用创新》，蒋铭；

骨干网光通信的最新趋势

今天这篇，小枣君和大家聊聊骨干网光通信的一些最新技术动向。

█ 400G，真的来了

大家也许都有所耳闻，从去年开始，国内运营商骨干网已经全面拉开了400G商用的帷幕。

先是2023年大量的商用验证，然后是集采的全面启动。2024年，是规模商用的正式落地。

不久前，2024年3月，中国移动开通了全球首条400G全光省际（北京-内蒙古）干线，被视为一个重要的标志事件。

骨干网升级400G的原因，是显而易见的。

一方面，居民数字生活（高清视频、远程会议、在线直播、在线游戏等）所带来的消费互联网流量增长，仍在持续。

另一方面，全行业都在推动数字化转型，来自行业数字化系统的流量激增，加剧了骨干网的压力。

骨干网压力陡增，还有一个关键的原因——AI大爆发。

AIGC大模型崛起之后，引发了一股AI浪潮。为了满足AI业务的需求，需要建设大量的智算中心。模型从千亿参数向万亿参数发展，GPU算力集群也从千卡集群走向万卡集群甚至十万卡集群。

小枣君在以前的文章中介绍过，GPU算力集群其实就是海量的GPU卡（GPU服务器）通过高性能网络（例如InfiniBand、RoCEv2）连接在一起的一个阵列。它对网络性能和可靠性的要求极高，直接影响到训练效率和成本。

仅从GPU服务器的网络端口速率来说，就已经从单口400G起步，甚至要用到800G或更高。

GPU服务器的网络端口

以前，GPU算力集群属于DCN（数据中心内部网络）的范畴。现在，随着集群规模不断扩大，已经开始考虑将分布式智算中心应用于模型训练。

也就是说，将异地的几个智算中心，一起用来进行训练。

这就对DCI（数据中心互联网络）提出了更高要求，光通信骨干网必须在技术性能上能够满足这一需求。

我们国家在算力上的战略，还是秉承了“全国统筹、整体布局”的思路。从2022年2月开始，我国启动了东数西算工程，打造全国一体化算力体系。

简单来说，一方面，我们要建设大量的数据中心（相当于电厂），另一方面，也要建设粗壮的骨干传输网络（相当于输电网），把这些算力给“流通”起来，满足各行各业的需求。

█ 400G，是如何做到的？

当前的光通信骨干网，作为整个数字社会底座的光通信网络，必须具备超大带宽（400G，将来800G甚至1.6T）、超低时延（多级时延圈）、超大规模组网（服务于分布式计算，以及刚才说的AI集群）、超高稳定性、超高可靠性、超高安全性、超灵活部署、智能运维管控等多方面特性。

今天，主要说说最重要的速率带宽。

光通信技术发展到现在，想要实现速率的提升，无非就是在以下几个方面做文章：

首先，是波特率。

传输速率，是比特率，是单位时间传送的比特个数，单位是bit/s。

比特率=波特率×单个调制状态对应的二进制位数。

波特率是单位时间内传送的码元符号（Symbol）的个数。波特率越高，每秒传输的符号越多，当然信息量就越大，速率就上来了。

波特率由光器件的能力决定。器件芯片制程越先进，波特率越高，速率（比特率）就越高。

目前，CMOS工艺从16nm提高到7nm和5nm，波特率也逐渐从30+Gbaud提高到64+Gbaud、90+Gbaud、128+Gbaud。

现在的400G能够商用，就是得益于波特率能够达到128Gbaud。

再看看调制方式。

刚才那个公式，里面的“单个调制状态对应的二进制位数”，就是调制方式决定的。

400G技术的调制方案，目前主要有16QAM、16QAM-PCS（PCS是概率整形技术，下次专门介绍）和QPSK三种，适用于不同的应用场景。

光通信和无线通信不太一样，不会一味追求高阶调制。

调制阶数越低，对线路的要求越低，建网成本也越低。所以，长途骨干网早期设计阶段的时候，基本上聚焦于16QAM和QPSK。后来有了16QAM-PCS，也加入了竞争。

以前没提“东数西算”、运营商们都认为400G不会需要太长距离的传输，所以，采用技术更成熟、价格更低的低波特率器件，配合调制阶数较高的16QAM，是行业的主流意见。

后来，一方面因为传输距离的要求增加，从1000多km变成几千km，再一个，128GBaud波特率器件迅速成熟（在DCN场景，800G迅速崛起，对产业链产生刺激和推动），为QPSK脱颖而出创造了条件。

QPSK对非线性的耐受能力更高，相比16QAM-PCS可以适当提高入纤功率。其次，QPSK的背靠背OSNR门限相比16QAM-PCS有优化。再有，设置QPSK的通道间隔为150GHz，使得在传输过程中几乎没有滤波代价。

这些优势，都使得QPSK逐渐成为行业在骨干网和DCI的一致首选。

三种方案的大概对比

现在，前两种方案，被考虑的应用场景更多是城域或省干。

第三，是扩展波段。

波特率和调制主要影响的是单波速率。一根光纤，是可以有多个波的，只要频谱范围足够大，就可以了。

单波带宽×单纤波数=单纤带宽。

前面表格写了，QPSK 400G的通道间隔达到150GHz。传统的C波段和扩展C波段都不足以满足频谱带宽的需求。

于是，现在逐渐采用了C6T+L6T的方式，一共是12THz的频谱带宽。计算一下，80个波，单波400G，一起就是单纤32T容量。如果牺牲一点距离，用在省干的话，部署QPSK或16QAM-PCS，容量还能再大些，达到48T。

关于波段的详细介绍，可以看这里：光通信到底有哪些波段？

扩展波段的最大问题，在于器件是否能够支持，且成本是否可控。这里所说的器件，包括ITLA、CDM、ICR、EDFA及WSS等，涉及到光的收发和光路交换、放大等。

波段扩展的话，还涉及到一个问题，那就是整合。

现在的波段扩展，其实更像是两套系统（C和L）的简单绑定。两套系统独立运作，通过合波的方式，进行传输，然后到了对端，再进行分波，各自继续处理。

两套系统的话，体积会更大，功耗会更高，设计也更复杂。所以，行业需要研究，怎么进行器件整合，真正让一套系统，同时支持不同的扩展波段。也就是实现真正的一体化。

光纤通信，除了光模块和光设备，还需要关注光纤。

现在的主流光纤是G.652D光纤。400G QPSK，在G.652D上，借助EDFA放大，也能传输1500km。

行业经过多年的验证，已经认定，G.654E光纤是新的继任者。如果用性能更好的G.654E，同等条件下，400G QPSK的传输距离，可以增加30%以上。

G.654E光纤已经具备规模化生产的能力，将在长途干线上进行大规模部署。G.654系列的一些低损耗光纤，也成为海缆系统跨洋超长距离传输的首选。

除了传统光纤之外。行业还认为，多芯光纤和空心光纤拥有广阔的应用前景。

多芯光纤是一种空分复用，在一个光纤里，塞入更多的纤芯，采用少模，可以大幅提升光纤的容量。

空心光纤就更牛逼了，直接把光纤做成空心，用空气取代玻璃纤芯。

空心光纤被证明可以带来更大的容量、更低的时延，更小的传输损耗，以及超低非线性，被行业一致认为是光通信里最具潜力的技术之一。

█ 400G的下一步，800G or 1.6T？

400G正式规模商用之后，整个行业的目光将会放在400G以上（beyond 400G）的技术标准体系上。

对于接下来是搞800G、1.2T还是1.6T，行业还在加紧论证。

如果想要实现更高的速率，就必须在“调制方式+波特率”上继续做文章。130GBd，或者更高的260GBd，是必然方向。更高波特率，意味着相关器件必须跟上，形成成熟的产业链。

超过400G，不能再指望QPSK了。16QAM调制，是行业目前普遍认可的选项。

波段也需要进一步扩展。在扩展C和L的基础上，考虑往S波段、U波段、E波段等进行扩展。如果是C+L+S，那就是12T+5T，达到17THz的频宽。

多方面因素相叠加，单根光纤单个方向传输速率超过100Tbps，指日可待。

在数据中心内部，800G（基于100GBd以上波特率，单通道100G）已经商用了。单通道200G、400G、800G，只是时间有早有晚。在这方面，国外的进度更快一些。

随着容量的不断提升，带来的技术挑战也不断增加。光通信的发展，说白了，依赖于器件、芯片、制程、材料。

想要满足前面提到的功耗、安全、运维等方面的要求，还依赖于工艺、架构、封装、人工智能、数字孪生等一系列的创新。产业链上下游需要做的工作，还有很多。未来的路，还很长。

█ 最后的话

光通信是整个社会的数字动脉。这些年，人们对很多技术（包括5G）都提出过质疑，但没有人会对光通信提出质疑，因为它是社会发展的刚需。

人类数据流量不断增加的趋势，在未来几十年都是不会变的。人工智能技术的高速崛起，会将这个趋势进一步放大。

光通信目前的发展，是无法满足需求的。这意味着，企业会有更大的动力，投入资源进行研发，以获得利润。

希望光通信产业能进一步爆发，为数智社会发展铺平道路。

参考文献：

1、《AI时代高速光传输关键技术、应用进展及未来展望》，信通院技术与标准研究所，张海懿；

2、《算力网络开启400G全光新时代》，中国移动研究院，段晓东；

3、《AI时代的400G全光算力互联网》，中国联通研究院，唐雄燕。

相关问答

光通信技术是什么?

很高兴回答这个问题,我是智能安防专委会王明,从事光通信10余年,有什么技术问题可以一起交流。光纤通信是以光作为信息载体,以光纤作为传输介质的光信息传输...

光通信和光网络专业好吗?

光通信和光网络专业好。因为光通信技术主要研究通信工程设计、光传输网组建与维护等方面基本知识和技能,进行光纤通信工程勘察与设计、光通信设备安装与维护...

哪个大学的通信专业实力最强?

信息时代到来了,因为通信的发达,互联网的发达,咱们才能出门只带一个手机,吃喝拉撒全部搞定,打的坐公交可以网上叫车,现实一切现金交易全部网上支付。现在...北...

光通信工程师简历..._通信工程师_帮考网

姓名:XXX性别:男出生年月:1990年X月籍贯:XX省XX市联系方式:手机:XXX;邮箱:XXX教育背景:2012年9月-2016年6月,XX大学,光电信息科学与工程专业,本科工...

光通信工程师常用软件..._通信工程师_帮考网

1.OptiSystem:用于设计、分析和优化光通信系统的软件。2.OptiFiber:用于光纤通信系统的建模和分析的软件。3.OptiGrating:用于设计和分析光纤光...

fttx是什么?

答:FTTX是一种光纤接入技术,用于将光纤接入用户家庭或企业,提供高速宽带网络服务。原因:FTTX技术相比传统的ADSL等宽带接入技术,具有更高的带宽和更稳定...

烽火FiberHome怎么样-一起装修网

一起装修网问答平台为您提供烽火FiberHome怎么样的相关答案,并为您推荐了关于烽火FiberHome怎么样的相关问题,一起装修网问答平台:装修问题,因我而止。

光纤的应用领域有哪些?

我们平时所说的光纤就是光导纤维的简称,顾名思义就是通过光会反射的这个看似简单的原理来传送信息,早在1870年英国物理学家丁达尔先发现了光具有反射并且一直传...

计算机网络发展到今天都经历了哪些阶段?申请方

1)60年代:以主机为中心的联机终端网络系统(第一代)各终端通过通信线路共享主机的硬件和软件资源终端用户通过I/O串口连到主机上,不具备CPU和主存,它...

知道的说说光纤跳线有哪些品牌-一起装修网

一起装修网问答平台为您提供知道的说说光纤跳线有哪些品牌的相关答案,并为您推荐了关于知道的说说光纤跳线有哪些品牌的相关问题,一起装修网问答平台:装修问题...