算力时代的全光底座白皮书（2022）

算力时代的全光底座白皮书 算力时代的 全光底座白皮书 中国联通研究院2022年5月 算力时代的全光底座白皮书 版权声明 院将追究其相关法律责任。 本报告版权属于中国联合网络通信有限公司研究院，并受法律保护。转载、摘编或利用其他方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国联通研究院”。违反上述声明者，本 算力时代的全光底座白皮书 目录 序言6 一、算力时代需要全光底座提供运力9 （一）数字经济的发展依赖运力与算力9 1、数字经济发展带来算力持续高速增长9 2、东数西算，运力换算力10 3、数字经济∝算力经济*运力经济12 （二）算力网络是运营商新机会，全光底座需要向算力网络演进 .......................................................................................................13 二、算力时代的全光底座关键需求与特征17 （一）算力时代的全光底座关键需求17 1、优化网络架构17 2、光算协同服务一体化18 3、大带宽18 4、低时延19 5、弹性敏捷19 6、高可靠，物理安全20 算力时代的全光底座白皮书 7、总结21 （二）算力时代的全光底座关键特征22 1、全光传送，超低时延23 2、全光锚点，泛在光接入24 3、智能敏捷，光算协同25 4、绿色超宽，架构稳定26 5、自主可靠，产业安全27 三、算力时代的全光底座目标网演进28 （一）算力时代的全光底座目标网架构28 （二）枢纽间：结合ROADM大网演进，打造20ms时延圈29 1、骨干全光网决定枢纽间竞争力，全光算力网络业内领先29 2、IP底座承载30 3、跨省政企专线承载30 4、东数西算算力网络承载32 5、骨干网演进方向：超高速，超频谱，品质提升33 （三）枢纽内：区域ROADM+省本一体，5ms时延圈34 1、区域ROADM+省本一体，打破行政区划，构建成本、时延优势34 算力时代的全光底座白皮书 2、省本一体，构建省内成本、时延、可靠性优势36 3、枢纽内演进方向：优化架构，超高速，算力间一张网，品质提升37 （四）城市内：光锚点实现泛在灵活光接入，1ms时延圈38 1、全光城市，从多张网演进到一张全光网，实现多业务的综合承载38 2、全光综合承载带来的价值40 3、算力时代下全光城市网络演进方向：加大力度打造全光锚 点，实现泛在光接入41 4、全光城市关键技术演进43 （五）智能管控：打造智能敏捷，光算协同的管控架构45 1、管控现状：二级协同实现全国一张网统一管理，智能管控架构实现全流程运营自动化45 2、算力时代的全光底座管控目标架构46 （六）目标网价值：用户一跳入算，算力间一跳直达48 1、家庭业务，通过硬管道提供品质云连接49 2、政企业务，E2EOTN提供品质云网连接49 3、云间、算力间：E2EOTN运力网络，跳数与时延最优50 算力时代的全光底座白皮书 （七）总结：打造业界最佳的算力时代全光底座52 四、算力时代的全光底座关键技术54 （一）全光传送54 1、扩展C+L54 2、高速率技术：400G/800G55 3、OSU56 4、OTSN59 5、光DCN61 6、新型光纤62 （二）全光交换OXC63 （三）全光接入64 1、OTN与OLT协同高品质承载64 2、G.Metro65 3、FTTR67 4、10G/50GPON68 5、工业PON69 （四）全光智能70 1、高可靠，光电协同ASON70 算力时代的全光底座白皮书 2、光缆数字化72 3、自智网络73 （五）多场景适配与开放组网77 1、多样化的设备型态，匹配不同场景的灵活部署77 2、开放组网，协同控制器统一管理78 （六）光算协同79 1、业务感知79 2、光算协同81 （七）OTN/WDM传递高精度同步82 五、算力时代的全光底座案例及应用场景探讨85 （一）全国骨干网：为东数西算提供品质连接，运力换算力85 （二）山东联通：打造智慧光云十六城86 （三）广东联通：打造数字化的全光底座88 （四）湖北联通：OSU升级，政企专线向算力网络演进89 （五）算力网络全光应用场景探讨90 1、党政军、大企业类业务91 2、超算类业务91 3、存贮类业务92 算力时代的全光底座白皮书 序言 2022年2月，国家发展改革委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合印发通知，同意在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等8地启动建设国家算力 枢纽节点，并规划了10个国家数据中心集群，标志着“东数西算”工程正式全面启动。“东数西算”工程是我国从国家战略、技术发展、能源政策等多方面出发，在“新基建”的大背景下，启动的一项至关重要的国家工程，是国家战略的重要组成部分。首次将算力资源提升到水、电、燃气等基础资源的高度，以“联接+计算”为核心，统筹布局建设全国一体化算力网络国家枢纽节点，在助力提升国家整体算力能力的同时，全面推进我国算力基础设施的绿色发展，进一步促进我国数字经济的建设。 2021年中国联通提出了CUBE-Net3.0下一代数字信息基础设施和算力网络（以下统称为C3工程）的目标架构、标准和技术体系，与“东数西算”工程中“联接+计算”的核心需求一致。随着C3工程的不断实施，网络技术与大数据、物联网、云计算等新兴技术进一步融合，中国联通在给个人用户提供服务、给政企客户提供专线服务、算力满足自身云服务基础上，将结合个人、企业以及全社会对AI服务的迫切需求，充分利用强大的网络服务能力和广泛分布的 算力时代的全光底座白皮书 算力资源，对外输出计算能力，向全社会提供普适性的算力。使算力成为继话音、短信、专线和流量之后运营商提供的新一代普适性标准化产品，有效推动业务主要增长点由消费互联网向服务产业互联网转移。中国联通具备覆盖全国的骨干与城域网络，且能覆盖西部枢纽算力、东部枢纽算力、省级集群算力和城市边缘算力，完全满足“东数西算”工程中的高品质联接需求。中国联通下一步在政企数字化趋势下，在AI需求旺盛的背景下，在提供高品质政企专线的基础上，将结合算力资源布局，基于网络资源能力对外提供算力服务，逐步打造新时代的算力网络。 中国联通在2020年10月发布了面向云时代的全光底座白皮书 （称为“全光底座白皮书1.0”），提出了光网络同时具备基础网络和业务网络两个属性，构建直接面向业务的品质连接，打造云光一体的高品质网络，引起了较大的反响。随着“东数西算”战略的具体实施，在产业互联、产业数字化的大背景下，结合算力网络的关键需求和算力网络的关键特征，联通的光网络要进一步从云时代的全光底座向算力时代的全光底座演进，需要对相关的网络组织、应用技术等进行优化和细化，解决泛在灵活的接入、高速长距的骨干传送、弹性敏捷的业务感知与算网调度、安全可靠的网络和业务组织的内生安全、传送网的绿色低碳等关键问题，全光底座一体化实现联联企、和联算的多业务综合承载。 算力时代的全光底座白皮书 部署算力时代的全光底座还需要结合算力网络需求，推动我国在光网络领域的整体技术和产业链进步，解决光网络关键技术的自主可控突破，为国家数字经济发展做出贡献。 本白皮书针对算网时代的业务特点和联通的网络禀赋，提出了面向行业数字化、面向算力关键需求、具有综合承载能力的算力时代全光底座，并探讨了全光底座架构、关键技术演进方向和典型应用案例，为算力时代光网络演进与业务开展提供参考。 编写组成员（排名不分先后）： 唐雄燕、王光全、张贺、王海军、满祥锟、沈世奎、邵岩、郑滟雷、师严、谭艳霞、董姗、孙越 算力时代的全光底座白皮书 一、算力时代需要全光底座提供运力 （一）数字经济的发展依赖运力与算力 1、数字经济发展带来算力持续高速增长 算力是数字经济的先进生产力，是推动人工智能、大数据、物联网、区块链等技术创新与应用的基础支撑，也是建设数字中国的重要保障。随着数字中国、网络强国建设的深化，云计算、大数据、人工智能等技术与行业进一步融合发展，各个传统行业的数字化和智能化将大幅度提高，我国对算力的需求迅猛增长。 从云网边端融合带来的计算领域爆炸，到计算向不同产业拓展，再到新技术成果的相互融合，都体现出了与算力相互支撑、协同生长的特征。 从技术融合看，人工智能、量子计算、类脑计算等新技术与计算产业相结合，拓展全方位的计算能力，OpenAI发布的研究显示，2012年以来，人工智能应用对于算力的需求平均每年增长10倍。 从领域协同看，数据的泛在分布推动计算从云端向物联网、边缘计算逐步普及，计算无处不在，不同的计算领域相互协同。 从行业渗透看，计算已经跨越IT产业本身，成为数字化基础设施，为制造业、汽车行业等多领域的数字化转型提供支撑。以 算力时代的全光底座白皮书 算力为核心融合大数据、人工智能、物联网、区块链等新兴技术，并与智能制造、智慧医疗、智能交通等领域协同联动，引领数字中国建设和数字经济发展。 伴随数字经济持续发展，预计每年数据中心机架规模将以20%以上的速度快速增长。 我国数据中心大多分布在东部地区，由于土地、能源等资源日趋紧张，在东部大规模发展数据中心难以为继。而西部地区资源充裕，特别是可再生能源丰富，具备发展数据中心、承接东部算力需求的潜力。 2、东数西算，运力换算力 2022年2月，国家发展改革委、中央网信办、工业和信息化部、国家能源局联合印发通知，同意在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等8地启动建设国家算力 枢纽节点，并规划了10个国家数据中心集群，标志着“东数西算”工程正式全面启动。“东数西算”工程通过构建数据中心、云计算、大数据一体化的新型算力网络体系，将东部算力需求有序引导到西 部，优化数据中心建设布局，促进东西部协同联动。简单地说，就是让西部的算力资源更充分地支撑东部数据的运算，更好为数字化发展赋能。实施“东数西算”工程，推动数据中心合理布局、绿色集约和互联互通，具有多方面意义。 算力时代的全光底座白皮书 有利于提升国家整体算力水平：通过全国一体化的数据中心布局建设，扩大算力设施规模，提高算力使用效率，实现全国算 力规模化、集约化发展。 有利于促进绿色发展：加大数据中心在西部布局，将大幅提升绿色能源使用比例，就近消纳西部绿色能源，同时通过技术创 新、以大换小、低碳发展等措施，持续优化数据中心能源使用效率。 有利于扩大有效投资：：数据中心产业链条长、投资规模大，带 动效应强，通过算力枢纽和数据中心集群建设，将有力带动产业上下游投资。 有利于推动区域协调发展：算力设施由东向西布局，带动相关 产业有效转移，促进东西部数据流通、价值传递，延展东部发展空间，推进西部大开发形成新格局。 建设“东数西算”一体化大数据中心国家枢纽节点，可利用西部气温低，能源丰富，尤其是绿色能源丰富的优势，同等算力需求下，能耗需求减少20%以上，充分利用绿色能源碳排放可减少80%以上。数据的产生与计算需求主要在东部，存贮与计算能力在西部，东西部的骨干带宽将达到2000T+以上，需要光网络在传输与调度中发挥重要的作用，以运力换算力。 算力时代的全光底座白皮书 图1以1万机架为例，东数西算节能效果 2021年11月，国家信息中心发布了《全光智慧城市白皮书 2.0》，定义了全光智慧城市的内涵，以F5G全光底座为基础，构建城市云网边端协同的基础设施架构，形成立体感知、全域协同、精确判断和持续进化的、开放的智慧城市系统。全光智慧城市的核心是构建城市“1ms”时延圈，实现确定性的网络联接。 3、数字经济∝算力经济*运力经济 图2数字经济与运力，算力的关系 《全光智慧城市发展报告2.0》结合智慧城市发展需求和城市全光网络的发展，在2020年提出全光智慧城市发展理念的基础上，进一步提出数字经济、算力经济、运力经济“三个经济”的关系，即数字经济的发展与算力经济和运力经济呈正相关，通过算力和运 算力时代的全光底座