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中國電信韋樂平:光通信發(fā)展的新趨勢思考

2023-10-11 10:46:10   作者:   來源:C114通信網(wǎng)   評論:0  點擊:


  近日,在“中國電信戰(zhàn)新共鏈行動大會暨第三屆科技節(jié)”之“面向云網(wǎng)融合的下一代光網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)論壇”上,中國電信集團(tuán)科技委主任韋樂平發(fā)表主題演講。

  圍繞T比特時代正在開啟,IP層和光層融合技術(shù)的發(fā)展趨勢,下一代新型光纖的發(fā)展與思考,光接入和駐地網(wǎng)技術(shù)的最新發(fā)展趨勢,光器件的創(chuàng)新是關(guān)鍵,ChatGPT開創(chuàng)人工智能新時代,系統(tǒng)闡述了光通信發(fā)展的新趨勢思考。

  

 

  T比特時代正在開啟

  韋樂平表示,T比特DSP的商用實現(xiàn)了群體性突破,T比特光模塊商用化可期,T比特級傳輸系統(tǒng)現(xiàn)場實驗逐步開展,標(biāo)志著T比特時代正在到來。

  DSP方面,Acacia、NEL、Nokia、Infinera、Marvell的1.2Tbps DSP,預(yù)計2023年-2024年均可商用,Ciena的1.6Tbps DSP預(yù)計2024年可商用。光模塊方面,Terabit BiDi MSA聯(lián)盟同時發(fā)布基于100G通道和OM4多模光纖的800G和1.6T的數(shù)通產(chǎn)品,Coherent、旭創(chuàng)等發(fā)布了相關(guān)產(chǎn)品。傳輸網(wǎng)方面,國內(nèi)外均有運(yùn)營商開展了現(xiàn)網(wǎng)試驗。

  相干光通信的在網(wǎng)位置和適用速率一路下沉,占據(jù)80公里/100G速率以上的所有應(yīng)用場景;主導(dǎo)40公里/400G速率,10公里/800G速率,2公里/1.6T速率場景;低功率相干光已邁向10公里/100G速率和40公里/100G速率場景。

  相干光通信的技術(shù)進(jìn)展包括DSP突破,集成化進(jìn)展,低成本措施,新材料出現(xiàn)(如薄膜鈮酸鋰),封裝架構(gòu)創(chuàng)新(如光電共封)等。

  目前,相干光通信已經(jīng)成功應(yīng)用于海纜、長途網(wǎng)、城域網(wǎng)、DCI,正滲透網(wǎng)絡(luò)邊緣、匯聚、5G回傳、企事業(yè)網(wǎng),試圖突破5G前傳、DCN、VHSP。

  對于干線400G的主流方案,傳輸距離比容量更重要,因此QPSK(C6T)、QPSK(C6T+L6T)更適用干線網(wǎng),對于16QAM-PS(C6T+L6T)更適用于區(qū)域網(wǎng)。

  對于基于QPSK的80波400G干線系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)展,400G相干光模塊方面,分立C6T和L6T激光器可用;低噪聲光纖放大器,分立C6T和L6T可用,長波長NF需改進(jìn);波長交換WSS,分立C6T和L6T均可用,C6T+L6T集成2024年可用;光系統(tǒng),解決SRS,維系波道功率動態(tài)均衡,基本可行。

  商用進(jìn)展方面,韋樂平介紹,中國電信目前干線最大鏈路截面容量121T,用400G擴(kuò)容可以節(jié)約15%—20%的寶貴光纖資源和大量轉(zhuǎn)發(fā)器,100G資源2026年起逐步達(dá)到使用壽命。目前來看,2024年將實現(xiàn)試商用和商用,2025年實現(xiàn)規(guī)模商用,2026年大規(guī)模商用。

  IP層和光層物理融合突破障礙

  韋樂平介紹,IP層和光層融合的好處在于,消除了大量背靠背灰光和獨立轉(zhuǎn)發(fā)器,降低了功耗、尺寸、成本。統(tǒng)一了IP層和光層的管控和監(jiān)視,實現(xiàn)了光層開放。具備了跨層全局視野,可望更有效地利用兩層資源,規(guī)避無效恢復(fù)和沖突。簡化了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),易于維護(hù),更快適應(yīng)外部變化。

  IP層和光層物理融合的障礙在于,目前路由器和光線路系統(tǒng)的對接靠后者的大量獨立光轉(zhuǎn)發(fā)器實現(xiàn),隨著速率的持續(xù)提高,這種分離方式的成本也越來越高。十幾年前的集成努力由于DSP和光模塊尺寸太大,導(dǎo)致犧牲路由器面板的端口容量,得不償失,運(yùn)營商不得不繼續(xù)沿用分離的老辦法。

  隨著硅、硅光和DSP技術(shù)的進(jìn)展,目前能將DSP和硅光模塊嵌入路由器標(biāo)準(zhǔn)端口(OSFP-DD),形成適用路由器和光線路系統(tǒng)的400G通用DCO光模塊,實現(xiàn)尺寸、功耗、性能、成本和互操作突破。適用于多種網(wǎng)絡(luò)邊緣接入技術(shù)(企業(yè)應(yīng)用、5G回傳和中傳、OLT、CMTS等)的低成本100ZR通用光模塊(QSFP28)也即將推出。

  韋樂平表示,目前IP層和光層融合技術(shù)主要應(yīng)用于城域網(wǎng),干線場景還有待突破。目前的主要挑戰(zhàn)是多廠家環(huán)境跨層控制的標(biāo)準(zhǔn)化、互操作、利益格局的影響。另外,運(yùn)營商面臨自主開發(fā)私有管控規(guī)范的自研能力、時效、運(yùn)維的挑戰(zhàn)。

  G.654E將是未來干線主用光纖

  韋樂平表示,G.654E光纖將成為未來干線網(wǎng)的主用光纖。測試數(shù)據(jù)表明,對于速率將升級為400G的干線,G.654光纖可望提升距離60%—80%。

  對于單纖空分復(fù)用,多芯光纖在兼容現(xiàn)有125μm包層前提下,僅能容納3-4芯,擴(kuò)容3-4倍,但包括制造工藝、檢測、維護(hù)等產(chǎn)業(yè)鏈幾乎需要重新設(shè)計和產(chǎn)業(yè)化。少模光纖靠大芯徑容納3—5個低階模,制造容易,但面臨高階模高衰減、長距離傳輸模式耦合干擾以及復(fù)用/去復(fù)用器挑戰(zhàn)。

  另外,高密度大芯數(shù)光纜(多軌系統(tǒng),一纜多纖)最簡單易行,擴(kuò)容潛力最大,但需要集成化系統(tǒng)的配合。

  值得一提的是,韋樂平還看好空心光纖(HCF)?招竟饫wHCF)絕大部分信號功率走空氣通道,時延低33%;非線性至少低3-4倍,入纖功率高,傳輸距離長,容量大,可望突破非線性香農(nóng)容量極限。

  同時,空心光纖潛在光纖損耗可望低于0.1dB/km、譜寬大(約40THz窗口,遠(yuǎn)大于常規(guī)光纖)、模場直徑大(約20μm,高達(dá)40μm時仍無明顯彎曲損耗增加)。

  不過空芯光纖也面臨著多項成本、多項標(biāo)準(zhǔn)化、仍涉及產(chǎn)業(yè)鏈重新設(shè)計和產(chǎn)業(yè)化等挑戰(zhàn)。

  對于空心光纖的應(yīng)用場景,韋樂平介紹在特定低時延應(yīng)用(超算、DCI、海纜等場景),以及非通信應(yīng)用(傳感、高功率傳遞、特殊光源)等都有廣闊的應(yīng)用空間。

  FTTR-H目標(biāo)1億中高端家庭

  光接入和駐地網(wǎng)的新發(fā)展趨勢方面,接入帶寬持續(xù)提升,目前全國寬帶端口11.18億,光寬占96.3%,千兆端口數(shù)達(dá)2144萬,下一步50G PON,短期用于政企客戶2B應(yīng)用,長遠(yuǎn)沖擊100G/200G PON。

  在政策支持,競爭驅(qū)動,以及技術(shù)和生態(tài)基本成熟的驅(qū)動下,F(xiàn)TTR發(fā)展迅猛。韋樂平表示,初期將聚焦FTTR-H,也就是家庭場景,預(yù)計今年FTTR-H的用戶超過1000萬,長遠(yuǎn)目標(biāo)是1億中高端家庭,約500億元市場規(guī)模。

  目前FTTR還存在一些挑戰(zhàn),F(xiàn)TTR-H方面主從設(shè)備希望解耦,新業(yè)務(wù)應(yīng)用不足;FTTR-B還有待培育。

  網(wǎng)絡(luò)的未來寄希望于光芯片創(chuàng)新

  目前,全球運(yùn)營商都面臨著量收剪刀差的局面。韋樂平指出,降低量收剪刀差的關(guān)鍵是大幅降低網(wǎng)絡(luò)成本,光通信成為降價最慢的領(lǐng)域,其中光器件是瓶頸的瓶頸,光芯片更是瓶頸的立方。原因在于,摩爾定律不適用以手工為主的光通信技術(shù)。

  傳輸系統(tǒng)方面,一個80波400G QPSK碼型的C6T+L6T波段的光傳輸系統(tǒng),光器件成本大約占81%(含oDSP),800G和1.6T只會更高。

  核心路由器方面,400G核心路由器,光器件成本占15%,隨著容量提升,背板芯片互連、板卡互連都將光化,光域分量將繼續(xù)增加。

  光接入方面,隨著技術(shù)進(jìn)步和大規(guī)模集采,10G PON光模塊成本占比下降至35%。未來50G PON、WDM-PON光模塊成本占比會更高。

  交換機(jī)方面,數(shù)據(jù)中心交換機(jī)的光模塊成本增速很快,在400Gb/s速率,交換機(jī)的光模塊成本已經(jīng)超過交換機(jī)本身,高達(dá)50%。

  光系統(tǒng)對于光器件的總體要求是:高速率、高集成、低功耗、低成本。韋樂平認(rèn)為,光子集成(PIC)是主要突破方向,其中磷化銦(InP)是唯一的大規(guī)模單片集成技術(shù),硅光(SiP)是最具潛力的突破方向,可以將電域的CMOS的投資、設(shè)施、經(jīng)驗和技術(shù)用在光域。

  另外,基于硅光的光電共封(CPO)是進(jìn)一步降低功耗、提升能效、提高速率,適應(yīng)AI大模型算力基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的關(guān)鍵器件之一。

  韋樂平總結(jié)道,網(wǎng)絡(luò)的未來寄希望于光器件,特別是光芯片的技術(shù)創(chuàng)新。

  ChatGPT近中期主要影響DCN

  今年人工智能領(lǐng)域最火熱的話題就是ChatGPT。這一類AIGC大模型訓(xùn)練可能需要在DC內(nèi)為每個訓(xùn)練POD單獨構(gòu)建高速數(shù)據(jù)交換網(wǎng)平面。

  目前來看主要的技術(shù)要求包括高帶寬和低延遲/零丟包。高帶寬方面,服務(wù)器內(nèi)GPU間總線帶寬達(dá)T比特級,服務(wù)器對外僅能提供200G×8的接入能力,是AI集群性能的瓶頸;服務(wù)器間組網(wǎng),國外多采用IB,性能好,但技術(shù)封閉,國內(nèi)傾向用無損以太網(wǎng)RoCE。

  低延遲/零丟包方面,IB時延僅1us,而無損以太網(wǎng)RoCE在5到10us水平,尚需努力。此外,丟包對傳輸效率影響很大,需要近零丟包性能。

  韋樂平表示,隨著多模態(tài)視頻到來,帶寬將有數(shù)量級增長,屆時對DCN和DCI的影響需重估,甚至跨群跨云的并行訓(xùn)練必將到來。

  在韋樂平看來,近中期ChatGPT主要影響DCN,對DCI和電信網(wǎng)的影響不大,中長期光交換將是解決集群和跨群跨云訓(xùn)練性能和功耗的歸宿。

  另外在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域有兩個討論比較多創(chuàng)新技術(shù),包括光電共封裝CPO和線性直驅(qū)LPO,目前的爭論也很多。

  CPO技術(shù)的驅(qū)動力是隨著傳輸速率提升,信號在銅箔電路板的傳輸損耗快速增加,唯有去掉銅線,才能維系速率的持續(xù)提升和功耗的大幅降低。不過,目前技術(shù)尚不成熟,良率不高,維護(hù)不方便,標(biāo)準(zhǔn)滯后,實際將復(fù)雜性轉(zhuǎn)移至交換芯片,但其潛力大,最適合200Gb/s SerDes速率以上應(yīng)用場景,是實現(xiàn)未來高速、高密度、低功耗光互連場景的中長期解決方案。

  LPO的驅(qū)動力在于去掉光模塊DSP芯片(大約占400G光模塊的一半)可大幅降低功耗,將DSP功能集成到電交換芯片中,依然保持可熱插拔模塊的形態(tài)?梢栽诶^續(xù)利用成熟光模塊供應(yīng)鏈前提下實現(xiàn)低功耗、低時延目的,但面臨更高速率、更長距離傳輸?shù)木薮筇魬?zhàn),當(dāng)前的100Gb/s SerDes速率應(yīng)用是近中期方案。

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