8月3日-4日，以“智简全光助万物光联”为主题的2022中国光网络研讨会在京隆重召开。在“面向算力网络的光网络技术与应用研讨会”分论坛上，中国信息通信研究院总工程师敖立发表了《算力时代的高品质全光运力网络》的主题演讲。

▲中国信息通信研究院总工程师敖立

一、算力和运力是数字经济发展的基石

数字经济是国民经济的“稳定器”和“加速器”。根据中国信息通信研究院《2022中国数字经济发展报告》的数据显示，2021年，我国数字经济发展取得新突破，数字经济规模达到45.5万亿元，同比名义增长16.2%，高于同期GDP名义增速3.4个百分点，占GDP比重达到39.8%。

产业数字化发展进入加速轨道，成为数字经济发展主引擎。2021年，我国产业数字化规模达到37.2万亿元，同比名义增长17.2%，占GDP比重为32.5%，各行各业已充分认识到发展数字经济的重要性。

国家在东数西算、各类专项行动中都要求提升网络传输能力。2021年5月24日，四部委联合印发《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》，明确提出“东数西算”工程，构建八大算力枢纽、十个数据中心集群的国家算力网络体系。

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。

工业和信息化部关于印发《“双千兆”网络协同发展行动计划(2021-2023年)》中指出，提升骨干传输网络承载能力。推动基础电信企业持续扩容骨干传输网络，按需部署骨干网200/400Gbps超高速、超大容量传输系统，提升骨干传输网络综合承载能力。加快推动灵活全光交叉、智能管控等技术发展应用，提升网络调度能力和服务效能。引导100Gbps及以上超高速光传输系统向城域网下沉。

工信部发布的《“十四五”信息通信行业发展规划》中指出，持续推进骨干网演进和服务能力升级。提升骨干网络承载能力，部署骨干网200G/400G超大容量光传输系统，打造P比特级骨干网传输能力，引导100G及更高速率光传输系统向城域网下沉，加快光传送网(OTN)设备向综合接入节点和用户侧延伸部署。

工信部、发改委联合印发《关于促进云网融合 加快中小城市信息基础设施建设的通知》中指出，升级中小城市至中心城市、中小城市至乡镇、中小城市之间的光缆和传输系统，有条件的地区全面推广部署100G OTN设备，满足云边互联、公众宽带、政企专线等业务承载需要。2025年，实现“千城千兆”和“千城千池”。

算间互联需要高速运力大动脉，用户入算需要差异化、灵活敏捷。第一财经根据各地“十四五”通信规划以及公开数据整理得出，“十四五”时期，每个算力枢纽节点带宽需求从几十T~几百T。

“东数西算”需要高速运力大动脉，每个机架带宽500M～1Gbps。在“十四五”末期，内蒙、京津冀枢纽节点带宽需求将达到十T级别;其他6大枢纽节点带宽需求将达百T级别。

二、多维度打造高品质全光运力网络

多维度协同演进：光缆层优化，转发层演进(包括超大带宽、超低时延、灵活敏捷、泛在覆盖)、算网协同、安全性增强。

泛在覆盖：通过PON/OTN等为行业、家庭提供差异化联接方式

我国固定宽带网络全面进入光网时代，并加速向千兆光网演进，为持续高质量发展奠定坚实基础。

在网络覆盖方面，固定宽带网络实现全光化，千兆光网加速覆盖。光纤到户(FTTH)覆盖城乡基本所有家庭，所有城市均建成“光网城市”，FTTH/O接入端口达到9.79亿。

在用户水平方面，光纤宽带用户5.59亿，高速宽带用户发展快速。截至2022年5月，光纤宽带接入用户达到5.59亿，百兆以上用户渗透率93.6%，500M以上宽带用户超过1.2亿。

在网络性能方面，固定宽带网络速率持续快速提升。固定宽带接入速率已接近300Mbit/s，处于全球前列;根据宽带发展联盟的《中国宽带速率状况报告》，2022年二季度，固定宽带用户体验速率已接近70Mbit/s，比2013年提升近18倍。

在普遍服务方面，行政村通光纤占比达到100%。全国农村宽带用户总数达1.58亿户。目前已实现全国未通宽带的行政村“动态清零”。

在技术水平领先层面，ITU 50G TDM-PON技术标准取得实质性进展，2021年4月通过PMD层和TC层标准(G.9804.273)。在相关标准化工作中，我国企业占重要地位。

ITU-T目前正在就FTTR技术的总体、物理层、数据链路层和管理技术等方面，开展一系列标准的制定，我国相关企业和研究机构引领标准化进程。ETSI F5G国际标准，提出技术框架和应用场景，我国积极主导推进相关工作。

在网络能力领先层面，网络部署上，重点推进接入网络的10G PON改造，实现千兆光网全面覆盖。截至2022年5月，我国已建成10G PON端口1039万个，千兆光网已覆盖超过4亿户家庭，我国千兆光网网络规模全球最大，网络能力持续领先。

在产业水平领先层面，以华为、中兴、烽火为代表的我国企业，光接入产品的市场份额，均稳居全球前五位，我国光接入类产品总体出货量，已超过全球的50%。在千兆光网领域，我国已建立起完整的产业链，关键设备和器件基本实现了完全自主，实现突破。

10G EPON&10G GPON对称/非对称 ASIC芯片，以及10G PON相关光模块，具备自主设计和生产能力，相关产品均能够规模出货。

在用户规模领先层面，截至2022年5月，我国千兆及以上接入速率的固定互联网宽带接入用户已达5591万户，用户规模全球第一。我国千兆光网用户呈快速增长的趋势，2022年5月上年末增长了比上年末净增2135万户。

超大带宽：干线以400G、频谱C+L推动光纤容量向T级别演进

频谱扩展产业关注点以C+L扩展为主，已商用系统使用C波，支持80波/96波，占用频谱4THz、4.8THz。C波段扩展(6THz带宽，支持80波200G@75GHz或120波200G@50GHz)，以及C+L波段扩展(6THz+6THz)正在开展标准化研究。

C波段120波系统已可商用，容量提升50%(相对于80波)。C+L波段扩展预期可实现总频谱带宽12THz(C波段和L波段各120波)，400G相比200G，距离不变，容量翻翻。面向更宽频谱的S+C+L等波段扩展，学术界正在持续开展研究

空分复用持续研究，空芯光纤成为热点。SDM应用试点主要聚焦多芯复用，基于模式复用和多芯复用的SDM成为未来解决容量危机的潜在方案。基于多芯复用的SDM技术已在海缆通信系统小规模应用。基于模式复用，以及模式复用+多芯复用的SDM关键技术持续开展研究。

空芯光纤具备多维优势，潜在应用前景引起业界关注。光在空气或真空核心中的传播速度比在固体玻璃中快约30%，空芯光纤可以实现接近极限的低延迟、极低的非线性，以及低而平坦的色散。

空芯光纤经历多次迭代，衰耗已经降至可以和SMF接近量级。近两年的多篇论文和实验验证了空芯光纤在高性能光通信中的可能性。超低时延和宽谱特性等潜在应用前景引起业界关注，但目前仍处于产业发展初期。

DC内互联成为短距典型应用场景，400G占比逐步提升。数据中心内部光模块朝着高速率、低成本、低功耗、智能化的方向发展。

数据中心交换芯片吞吐量预计2023年将达到51.2Tb/s，ICP网络架构整体向400G演进。业界正积极探索通过降低温度和长期可靠性等要求来降低成本;随着速率不断提升，相干方案下沉趋势明显。

业界期望通过将光引擎与交换芯片合封来降低互连SerDes功耗及成本，光电合封(CPO)技术成为研究热点。随着光模块数量的急剧增加，OTT开始关注光模块的运维能力增强和质量提升。

与此同时，400ZR模块成为DCI关注热点，800G标准多方全力推进。数据中心互联应用需求强力推动OIF 400ZR成为互联的典型接口。2022年3月份的OFC会议上，OIF组织了数据涉及多产业链环节的互联展示。另外，IEEE、OIF、IPEC、CCSA等组织目前正在加速推动800G标准研制工作。

光电合封(CPO)成为绿色集成模块重要发展方向。数据中心内部流量快速增长，交换机功耗、端口密度、速率等均面临挑战，CPO成为重要发展方向。25.6Tb/s和51.2Tb/s交换速率下，利用CPO技术，可减少50%空间，15-20%功耗，能量效率明显改善。

硅光集成技术在近年来成为CPO光引擎的主要方案(CMOS兼容、非气密封装、56GBaud高速)。CPO 2.0的DSP功能整合进交换芯片，由主芯片直接驱动光引擎，电路损耗由20dB降低到10dB以内。

超低时延：拓扑优化、光层直达是减少时延关键途径

光层直达是减少传输时延的关键途径，依托现有光缆网络基础设施，增加骨干枢纽节点之间的连通度，保障网络重要节点之间多路由可达，支撑实现东数西算工程单向时延10-20ms要求。

据悉，东数西算(贵州)产业有限公司正在规划建设与粤港澳、长三角、京津冀、成渝等地区新型超低耗光缆，助力“东数西算”工程建设。

2022年，规划优先打通贵阳连接珠三角直连链路。目前，该路段工程正在进行勘察、设计与前期准备工作，该光缆全长约1300公里，建成之后，贵州国家算力枢纽至粤港澳大湾区国家算力枢纽传输时延将压降约30%。

TDM和分组融合创新，推动确定性承载能力发展。确定性技术体系包括：TDM、以太网和IP融合发展。

灵活敏捷：构建“信息交换立交桥”，无阻塞全光调度

基于现有电交叉技术的OTN设备单机容量持续演进，单机容量的进一步提升面临着槽位数量、单槽位容量、功耗等限制。全光交换成为解决超大容量的主要途径。面向多区域数据中心节点，部署ROADM/OXC全光网络，业务光层一跳直达，无需多次落地转接，降低云边互联时延。

算网协同：以网强算，以算促网，高效协同，综合最优

管控协同实现算力业务优化承载，光网络需支持和算网协同编排运营系统的协同，实现面向业务的算力和网络资源分配自动化及智能化，实现算力路由最优化。

光网络可对算网业务承载管道流量进行监测，实现面向应急突发业务保障、业务潮汐流量调整等需求的快速业务提供和灵活带宽调整。

光网络管控系统的管控面提供统一北向接口，实现算网资源及业务感知，支持承载网络能力信息的上报，支撑算网资源调度，支持算网需求下发，解析业务SLA及资源调度需求。

光网络管控系统提供算力资源调度策略，提供最优算力路由，支持多因子算路，满足业务灵活需求，支持网络时延地图，基于网络时延、带宽等信息生成算力承载路由。

安全可靠：多维度推进安全增强

算力数据安全包括政务、金融、医疗等涉及国家和个人敏感数据，企业核心生产数据等，对算力数据安全承提出很高要求。

算力的调度需要收集大量网络信息及算力信息，数据集中增加了敏感信息泄露或被篡改的风险，算力感知及算力承载对跨系统、跨域，甚至跨境的多场景点对点网络连接，以及动态连接机制，增加网络安全风险。

在管控层，SDN集中式的管控架构，对管控系统安全性要求提高，需提供系统级的安全防护手段。DCN网络和互联网应隔离，通过运维手段，减少外部攻击风险。DCI之间网络通过ASON等技术，实现可靠性提升。

在光传送层，通过全光切片技术，对重要客户、企业生产业务和普通用户业务进行隔离。可考虑灵活选择L1/L2/L3层管道加密技术，对网络数据进行加密保护，提升承载网络的安全性。

在光纤光缆层，通过非法窃听手段，窃取网络信息或者干扰网络，可探索光纤网络的窃听防御机制及应用。引入AI技术对光纤信号进行探测，准确了解光纤网络运行状况，及时预警异常情况，增强网络安全性。

引入承载网络运力指数，助推算力和数字经济发展。面向算力需求和数字经济发展，综合多维要素，逐步引入“运力指数”，助力指导我国新型基础设施发展规划。

客观评估承载网络运力发展。全面分析评估我国干线/骨干和各区域承载网络的运力指数分布现状和历史发展数据;客观评价我国运营企业的干线和区域承载网络的“运力”指标发展趋势，指导制定网络发展规划。

分析支撑数字经济关联性。支撑我国运营企业和各级政府深入分析运力指数与算力指数关联关系，协同推动提升数字经济发展指数的量化关联关系;支撑各级政府科学开展运力、算力和数字经济发展规划。

支撑研制产业发展政策。为各级政府研究制定新型信息基础设施的发展规划提供科学支撑，提升政府的数字化治理水平。支撑制定国家发展规划和产业引导政策，为国家东数西算战略和数字经济的发展提供有力保障。

三、携手共促全光运力网络的发展建设

围绕运力规模、运力覆盖、运力调度等维度，信通院已启动开展全光运力网络的评估体系研究，相关成果近期会陆续发布。

全国、区域、枢纽间的运力规模和能力是实现东数西算、数字经济发展的基础。泛在覆盖的全光运力网络助力千行百业快速、便捷获取算力，加速数字化转型。智能灵活的OXC运力调度能力是实现算间高效协同、业务按需灵活获取算力的保障。

信通院倡议产业界各环节，积极开展面向全光运力网络演进目标、架构和关键技术的相关研究和实践，支撑东数西算战略实施，赋能千行百业数字化转型。建议国家和地方各级机构，出台有关政策和行动计划，对算力网络的建设给予指导，适度超前建设全光运力网。