张德朝：面向算网融合的新型全光网技术进展及展望

中国移动研究院张德朝2024年1月19日深圳 加快建设信息网络基础设施，推进云网协同和算网融合发展，有序推进基础设施智能升级 2025年底，1ms时延城市算力网、5ms时延区域算力网、20ms时延跨国家枢纽节点算力网在示范区域内初步实现 中共中央国务院发布:到2025年，基本形成横向打通、纵向贯通、协调有力的一体化推进格局 部署构建数网协同、数云协同、云边协同、绿色智能的多层次算力设施体系 国家产业政策加快推进算力网络发展 2022年2月，发改委、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。 东数西算工程正式启动 用3年时间基本形成布局合理、技术先进、绿色低碳、算力规模与数字经济增长相适应的新型数据中心发展格局 21/07 22/01 23/02 24/01 20/12 21/11 22/02 23/10 2025年 计算力：超300EFLOPS，智能算力占比达35%运载力：重点应用场所OTN覆盖率达80% 骨干网、城域网全面支持IPv6 存储力：超1800EB，先进存储占比30%以上 建设全国一体化大数据中心（8大枢纽10大集群），把东部密集的算力需求有序引导到西部 全面部署新一代通信网络基础设施，统筹布局绿色智能的数据与算力设施，积极发展高效协同的融合基础设施 中国移动算力网络发展历程回顾 中国移动充分把握算力时代发展脉络，以网强算提出“算力网络”全新理念，两年来持续开拓创新，全力推进算力网络发展，在业界取得了广泛共识，引起了巨大反响 算力网络发展主线 中国移动从算网基础设施构建、业务融合创新、创新技术引领等多方面系统化推进算力网络建设和发展 主线一 面向算网基础设施构建 物理空间、逻辑空间、异构空间、多主体算力融通 “4+N+31+X”布局，1100边缘节点打造20ms、5ms、1ms三级时延圈SRv6/G-SRv6打造统一算网底座 主线二 面向业务融合创新 实现算网高效协同，支持CHBN业务融合发展，打造算网全新生态 产品算力化和算力产品化发布算网服务1.0 构筑算网大脑 主线三 面向创新技术引领 实现创新技术引领，打造原创技术策源地 三横两纵体系架构提出十大技术发展方向三十二个核心技术体系 算网融合新型全光网技术架构 面向算力网络对光网络的新需求，构建基于400G高速互联的灵活高效的新型全光网技术架构，推进超大带宽、泛在接入、灵活调度、前沿技术创新，打造算网融合的全光网络技术创新高地 1ms时延圈 5ms时延圈 20ms时延圈 OTN/OXC OTN/OXC OTN/OXC OTN PON 400G 地市省域/区域骨干 新型全光架构 超大带宽 泛在接入 灵活调度 前沿技术 中国移动400G技术研究历程 五年来，历经4次现网试点和多次实验室验证，中国移动就400G进行持续性的系统研究和攻关，已启动全球最大规模集采和部署，开启400G商用元年 400G SDH2.5GWDM10GWDM/OTN100GOTN400GOTN 光传输网的5G 1989 1996 20032013 2023 三阶段2023.9~至今： 启动全球首次400G规模集采 二阶段2021.12~2023.8： 推动QPSK技术走向成熟 2 3 京津济宁现网试点 辽宁沈大现网试点 1 一阶段2018~2021.11：基于16QAM重点推动PCS 浙赣湘黔5616km现网试点 400G骨干网的技术挑战与变革 面向100G到400G的代际技术演进，业界在超高速率、超宽频谱、光纤基础设施、系统极限传输能力等方面存在诸多技术挑战和难题，基于技术研究全方位收敛400G技术路线，推动400G技术和产业发展 1新器件 2新波段 3新损伤 符号率：~30GBd→~130GBd，提升四倍C波段→C+L波段，扩展三倍SRS转移：100G<1dB→400G~7dB，增加6dB ITLA要求调制器速率光纤基础设施放大器出光功率 充分发挥DSP补偿能力，明确ITLA线宽要求<150kHz 针对三种400G码型明确调制器速率收敛到~67GBd、~91GBd、130GBd 基于技术研究与大量测试验证明确 400G时代仍以传统G.652.D光纤为主 折中考虑非线性代价与系统余量，明确 EDFA最大�光功率相比100G可显著提升 波道方案 新型传输损伤 传输能力 综合考虑系统性能与关键光层器件设计/生产难度，明确C6T+L6T波段频谱规划 基于技术研究揭示400G宽谱系统中SRS效应损伤机制，并提�相应解决方案 •16QAM：240km •16QAM-PCS：1000km •QPSK：1600km 构建世界最长距离400G光传输技术试验网络 发布世界最长距离400G光传输现网技术试验网络，召开3次技术发布会，推进实现400G长距传输3项试验纪录，为拉动400G加快成熟、构建算力网络的大带宽低时延全光底座打下坚实基础 5616km浙江宁波←→贵州贵安试验网7000km实验室测试系统架构1673km湖南隆回←→贵州贵安试验网 基于G.652.D光纤实现400GQPSK5616km 传输，创现网传输世界纪录 •EDFA/拉曼混合放大，光纤维护余量0.06dB/km，过系统后OSNR余量2.2dB 基于G.654.E光纤实现400GQPSK7000km 传输，是目前实验室测试的最高水平 •纯EDFA放大，C6T+L6T波段，无余量 基于G.652.D光纤实现全球最长距离的经典商用场景80×400GQPSK1673km现网试验 •纯EDFA放大，C6T+L6T波段，光纤维护余量0.06dB/km，过系统后余量6.4dB 400G骨干网规模商用加速产业发展 基于技术引领启动业界首次400GQPSK技术规模商用，推动全光网进入400G时代 将进一步推进超宽谱系统、C+L一体化、模块性能提升等技术演进 oDSP 超宽谱系统 高速率模块 C+L一体化 信号光DummyLight光 频谱整形 优化滤波代价 非线性补偿 填充波+自适应均衡抑制SRS功率转移产生的性能劣化 相比试验阶段，集采拉动光模块和L波段EDFA等核心指标实现显著提升 目标：C+L一体化的ITLA、EDFA、WSS等核心关键器件 现状：已实现C+L一体化WSS L6T光放大器噪声系数仍需进一步优化，力争达到与C6T差异≤1dB 协同攻关EDFA、WSS、ITLA等模块和器件C+L一体化，进一步简化光层系统复杂度 实芯光纤 空芯光纤 全内反射 机理 反谐振反射 波导机理 下一代光通信前沿关键技术研究 面向未来骨干光传送网技术演进，一方面进一步提升单通道信号速率，开启单波800G/超800G系统架构、损伤机制等关键技术攻关，另一方面应瞄准基于空芯光纤的高速光传输系统等颠覆性超前技术研究 超800G 空芯光纤 •技术路线攻关：调制码型、架构设计、波段选择等存在多种潜在方案，需从系统层面统筹研究、收敛技术路线 •光纤设施优化：G.654.E需改善截止波长、宏弯损耗等重点参数，匹配超800G宽谱传输系统要求 •基于G.654E光纤和纯拉曼放大已完成2018公里800G纪录性传输 •技术现状：空芯光纤基于反谐振空气导光，最低损耗已优于实芯光纤，有望重塑下一个50年光通信产业 •重点工作：低损耗空芯光纤设计、空芯光纤传输系统、大规模空芯光纤制备等核心关键技术 •已推动空芯光纤工业制备成为中国光学工程学会5大产业难题 泛在光接入：构建50GPON+FTTR智能协同的新型光接入网技术架构 中国移动与业界协同，首次实现中国产业对PON代际标准的引领，50GPON技术产业发展进入新阶段 第一代FTTR国际标准已形成产业共识并获得通过，联合产业推进新一代FTTR技术演进和标准体系研发 基于光层OAM的PON+FTTR智能协同 FTTR从设备 FTTR从设备 1:4/1:8 FTTR从设备 … FTTR从设备 FTTR主设备 … 10GPON 50GPON OLT FTTR全光家庭网络/全光局域网 PON光接入网 管控层 数字家庭 中小微企业 设备层 •突发大带宽：推进50G带宽的突发收发光电技术和器件成熟，50GBM-TIA/APD/DML等 •高功率预算：首次引入oDSP、SOA等光电技术，攻关提升上行多速率链路功率预算 •完成全球首个对称50GPON应用示范 50GPON •光+WiFi融合：端到端体验保障对协议层的挑战，探索从基于竞争向基于调度演进 •ComboFTTR：提出1代FTTR自适应接入2代PON局端方案，支撑千兆网业端协同发展 •2.5GFTTR标准体系已确立，ComboFTTR FTTR •PON+FTTR协同：提出基于光层OAM实现PON+FTTR集中管控，推动两级P2MP资源动态协同调度研究 •在ITU-T立项G.sup.CMAFP标准，CCSA立项 《光纤到房间基于光层OAM的协同管控技术 要求》标准 智能协同 已规模落地11 推动MEMS-OXC阵列全光交叉技术突破，打造智算中心卡间互联光底座 •当计算存储器件性能大幅提升后，网络成为了数据中心内端到端的性能瓶颈，网络架构需要考虑带宽、时延、可靠性等因素，以满足企业的计算需求 高性能计算集群对DCN网络提出了四点关键需求 稳定低时延 网络时延每增加1us，HPL 效率降低1%，网络时延导 定向大带宽 超大模型分布式计算子任 务间联系紧密，流向流量 致算力下降 可靠高可用 高性能计算集群由多个节点组成，当某个节点出现故障 时，系统仍能提供服务 高性能计算集群 可预测，大量的数据交换 灵活可扩展 集群系统中，可以动态的加入新的服务器，或者淘 汰旧的服务器 MEMS-OXC在DCN网络中创新应用，提升算效 关键价值 •大型组网跳数减少，网络时延下降20% MEMS-OXC •端口级交换，带宽持续演进，无限制 •支持组冗余保护，提升整网可用性 •OXC支持动态调整拓扑，按需扩展 •面向算力高效统筹调度，需要进一步研究通信库和管控配合方案，OXC、服务器和交换机网络三者的联动与统筹调度方案 小结 面向算网融合发展，开展新型全光网端到端系统级技术创新，夯实算力网络全光底座 400GQPSK已启动业界首次规模商用，联合产业推进12THzC6T+L6T波段激光器、EDFA、WSS等核心器件成熟，光通信迈入宽谱时代。面向下一代光通信，需协同开展超800G、空芯光纤等前沿技术攻关 推动50GPON+FTTR智能协同的新一代光接入网技术发展和标准化，构建固网端到端切片，支撑宽带体验保障和垂直行业数字化 携手各方推进算网融合新型全光网 技术创新和产业发展