段晓东：400G及后400G全光网技术创新及演进

400G及后400G全光网技术创新及演进 中国移动研究院段晓东 2024年3月8日北京 中国移动算力网络核心理念 算力网络的核心理念是以网强算推动算网融合发展，最终使算力成为与水电一样，可“一点接入、即取即用”的社会级服务 通过高速直连的网络将原先分散孤立的算力节点连接在一起，形成立体泛在的全国 一体化算力体系 实现算力协作化、 集约化、普惠化 通过无所不达的网络将用户接入算力服务 ，用户不用关心资源类型和位置，一点接入，随需申请，随需使用，随需调整 打开算龙头就可以便捷使用算力 以存、算、网为基础要素，叠加AI、大数据、区块链等能力要素，同时综合考虑土地、能源、供水等资源要素 实现多要素融合的一体化供给 东数西算算力网络 跨越：一体内生 发展：融合统一 起步：泛在协同 网络无所不达 算力无所不在 智能无所不及 2 中国移动算力网络规划路径并推进成为业界共识 中国移动原创提出“以网强算”，发展算力网络的全新理念，经过两年开拓创新，算网融合共生理念成为广泛共识，并推动算力网络上升成为国家战略性新兴产业；在国际引领发展，开辟中国特色算力发展新路径 中国移动 提出 中国移动 提出 中国移动 牵头 推动成为国家战略性新兴产业，形成新质生产力全面实现国际引领，开创具有中国特色的发展路径 算力网络是以算为 学术层面 行业层面国际标准 开源社区 中心、网为根基，网、云、数、智、安、边、端、链 （ABCDNETS）等 深度融合、提供一体化服务的新型信息基础设施。 杨杰董事长提出“算力网络”概念与 发布中国移动 《算力网络白皮书》和发展 成为“5G+ 算力网络+能力中台”关键一环 发布 《算力网络技术白皮书》，提出十大技术方向 CFITI试 验网与中国算力网、信息高铁互联，打造科学装置 发布“百川”并网行动计划和NICC新型智算中心技术体系，打造两大算力高峰 发布“天穹”算网大脑和“芯合”算力原生平台，开启算力网络2.0新阶段 又称为算力感知网络、算力优先网络等，面向6G、下一代互联网、未来网络等，是算力和网络深度融合的技术研究方向，是学术界关注的热点 面向算网融合演进的新型网络架构，通过算力资源与网络资源状态的协同调度，应用的业务通过最优路径，调度到最优的计算节点，保证用户体验和全局资源优化 ——CCSAYD/T4255- 2023 《算力网络总体技术要求》 ComputingandNetworkConvergence(CNC):Acapabilityframeworkforthecoordinationofutilization,management,andcontrolofcomputing,storage,andnetworkingresourcesforthepurposeofprovisioningandoptimization. ——ITUSG13Y.3400 在开放基础设施基金会 （OIF）成立全球首个算力网络开源社区，主导发布CFNWGRelease 1.0版本，初步形成了智算应用跨云边端、跨架构、跨厂商的一键式调度部署和迁移的解决方案 愿景倡议 ——中国移动《算 力网络白皮书》 2022.62022.122023.82023.10 算力网络的核心特征 2021.82021.112022.1 算网深度融合 一体化设施 协同调度资源全局最优 3 算网融合全光网络技术创新 中国移动已经走过算力网络“泛在协同”的重要阶段，正式迈入“融合统一”的发展新阶段,持续构建面向算力网络的基础网络核心技术体系，打造算网融合的全光网络技术创新高地 算力网络基础网络核心技术体系 算网融合全光网络技术创新 算网底座 算力路由 在网计算 广域高吞吐RDMA 算网数字孪生 算网一体调度 算网一体架构 构建基于400GOXC的新型全光网 ① 新型全光架构 ② 超大带宽 ③ 前沿技术 全光底座 新一代全光网架构400G/超800G fgMTN/fgOTN+OXC灵活调度 50GPON+FTTR 光网络智能化 空芯光纤及系统 IP底座 G-SRv6统一IP底座 弹性SD-WAN 全调度以太网（GSE） 算网业务链 智能化宽带网络网关 DPI2.0 4 400G是光传输网的5G SDH2.5GWDM 1989 10GWDM/OTN 2003 400GOTN 光传输网的5G 2023 100GOTN 2013 1996 五年来，中国移动就400G进行持续性的系统研究和攻关，历经4次现网试点和多次实验室验证，主导QPSK传输技术，为构建算力网络的大带宽、低时延全光底座打下坚实基础 二阶段2021.12~2023.8： 推动QPSK技术走向成熟 2 3 三阶段2023.9~2023.11： 完成全球首次400G规模集采 京津济宁现网试点 辽宁沈大现网试点1 —EDFA放大 一阶段2018~2021.11：基于16QAM重点推动PCS —拉曼+EDFA放大 浙赣湘黔现网试点 100G规模应用已历经10年，400G是开启骨干网下一个周期的重大变革性代际技术 5 400G骨干网的技术挑战与变革 400G是复杂的系统性工程难题，需从器件、模块、系统等维度全方面开展技术攻关实现代际性技术突破 器件 模块 系统 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 面向100G到400G的代际技术演进，破解业界在超高速率、超宽频谱、光纤基础设施、系统极限传输能力等方面存在的七大核心技术问题和挑战 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最大出光功率相比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，并提出相应解决方案 •16QAM：240km •16QAM-PCS：1000km •QPSK：1600km6 体系化推动400G技术创新 引领400G技术发展，形成基于QPSK码型、130GBd超高速光电器件、C6T+L6T超宽谱的400G新型全光网技术体系 明确长距QPSK技术路线与系统架构拉动实现130GBd超高速率技术体系 16QAM-PCSQPSK QPSK相对16QAM-PCS入纤功率提升1dB、B2BOSNR容限提升>1dB、传输性能提升50%+，是骨干长距传输优选 符号速率 400G新型全光网技术体系 ~30GBd ~130GBd 通过光电合封、先进oDSP算法等技术攻关共同推动器件速率从~30GBd提升四倍至~130GBd，满足 解决方案 深入12THz超宽谱系统研究 400GQPSK高性能传输 C4TC6T+L6T 联合产业突破C6T+L6T波段EDFA、WSS等有源模块，揭示受激拉曼散射效应对超宽谱系统影响，构建自适应均功率衡解决方案，维持80波运维习惯并实现了总容量翻番的代际演进目标 ECOC2019,We3c1.5 ScientificReports,9(17162),2019 OFC2023,W2B.16 ECOC2023,M.A.5.3JLT,41(12),20237 发布世界最长距离400G技术试验网引领产业加速成熟 技术极限能力的现网试验实验室测试纪录面向经典商用场景的现网试点 5616km、6028km浙江宁波←→贵州贵安7000km实验室测试系统1673km湖南隆回←→贵州贵安 400GQPSK现网传输世界纪录400GQPSK实验室测试的最高水平全球最长距经典商用80×400GQPSK现网试验 + 芯片 器件设备 130G波特率光模块OSNR容限优化1dB C6T+L6TWSS 从分立实现一体化 L波段光放大器 系列核心指标显著提升 + 8 400G技术演进 引领业界400GQPSK技术的规模商用，并推动全光网进入400G时代后续将进一步推进C+L一体化器件和超宽谱系统等关键技术演进 超宽谱系统 C+L一体化器件 C波段 C波段L波段 C+L波段 ITLA WSS EDFA 需进一步优化激光器增益区与选频光腔，推进一体化ITLA从无到有 信号光DummyLight光 当前已有厂家已可实现C+L一体化，需进一步推动产业链多元化构建 需通过改进掺杂工艺、优化泵浦功率，使L6T-EDFA性能与C6T噪声系数差异~1dB，并向C6T+L6T一体化演进 现状：ITLA、WSS、EDFA等分立式已满足应用需求 目标：协同攻关ITLA、WSS、EDFA等模块和器件C+L一体化，进一步简化光层系统复杂度 现状：填充波+自适应均衡抑制SRS功率转移产生的性能劣化目标：SRS自动管理能力进一步优化 9 相较于400G，后400G技术难度、芯片器件要求进一步提升，并面临智算等新场景需求， 超高速光传输由传统骨干网追求大容量、长距离向新场景、新系统、新介质多维度开展技术研究 后400G技术创新 重点工作1：重用性技术 中短距800G 重点工作2：延长线技术 超长距T比特级传输 重点工作3：颠覆性技术 空芯光纤及其传输系统 拉动超长距400G技术和产业成熟满足智算场景中短距800G需求 深度融合提速率和扩波段两大技术手段迈向百T比特量级全光传输 突破实芯光纤的固有时延极限和非线性香农极限有望改变基于实芯光纤的光通信行业 10 oDSP 重用性技术-面向智算等场景的中短距800G 400G超长距骨干网应用拉动130G波特率技术和产业成熟，为百公里800G扫清物理层最大难题，推进智算等大容量、中短距传输场景向800G演进 C6T+L6T一体化WSS 信号光 DL光 抑制SRS功率转移 共享 130G+波特率 高性能oDSP 重用超长距400G创新成果，快速推动面向智算的中短距800G技术和系统成熟 11 延长线技术—超高速多波段关键技术 提速率 走向单波Tb级 竞争速率 800Gb/s（130GBd16QAM） 1.2Tb/s（130GBd64QAM） 1.6Tb/s(260GBd16QAM-PCS) 摸高：单波速率>1Tb/s 拓宽：S+C+L谱宽=19.5THz 扩波段 寻找全新频谱 竞争波段 S波段（1460-1520nm）U波段（1630-1675nm）E波段（1360-1460nm） 夯基础 实现高效好用 技术路线 明确G.654.E光纤技术演进路线及策略新波段放大技术 波分：通道数=156 与华为、中兴、烽火完成全球首个单波净速率超Tb/s的S+C+L多波段满波配置超宽带原型系统技术试验，单芯总容量~150Tb/s，相比400G系统容量进一步提升至4.7倍 12 增加130% 可用频谱相比S+C+L扩展至390nm 降低0.04dB/km 从实芯石英光纤极限0.14dB/km预期可降至0.1dB/km 降低30% 时延接近真空光速时延 降低103倍 非线性水平接近气体 反谐振空芯光纤 降损理论：四种损耗来源 超宽谱：扩展波段系统研究 结构设计：平衡本征结构与微环境 非线性：超高信噪比光通信 参数表征：构建精确信道模型 方向性：开发方向维度无损传输 颠覆性技术—空芯光纤及其传输系统 首次实现空芯光纤克尔非线性系数的上限测定 发表于光通信国际顶会OFC2023（W4D.6W4H.7） 首次实现基于空芯光纤同波长单纤双向202.1Tb/s传输，发表于光通信国际顶会（OFC2024M3J.2） 13 中国移动愿携手各方推进400G及后400G全光网技术