近年來，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)和云計算等技術(shù)的飛速發(fā)展，全球通信網(wǎng)絡(luò)正面臨前所未有的需求和挑戰(zhàn)。在這一背景下，高速大容量全光通信技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用變得尤為關(guān)鍵。

光通信需應(yīng)對的五大需求挑戰(zhàn)

為了支持AI大模型分布式集群訓(xùn)練，光通信網(wǎng)絡(luò)需要具備大帶寬、低時延、無損和高可靠性等特性，需應(yīng)對五大需求挑戰(zhàn)。

首先，超大規(guī)模組網(wǎng)是基礎(chǔ)。為了處理海量數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)必須采用多層胖樹、Dragonfly和多維Torus加光交叉OCS等新型組網(wǎng)架構(gòu)，以優(yōu)化性能。智算中心網(wǎng)絡(luò)和算力樞紐間網(wǎng)絡(luò)需要實現(xiàn)百萬卡以上集群訓(xùn)練間的高效互聯(lián)。

其次，超高速互聯(lián)是關(guān)鍵。AI大模型訓(xùn)練對帶寬提出極高要求，需采用51.2Tbps以上太網(wǎng)交換機和400G/800G接口，逐步升級到1.6T/3.2T光接口。算力樞紐間網(wǎng)絡(luò)還需要鋪設(shè)400G超長距離光傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)城市DC間的高速互聯(lián)。

第三，超低時延至關(guān)重要。低時延確保AI訓(xùn)練和推理效率，需通過采用高速接口和優(yōu)化擁塞控制算法來減少設(shè)備及光模塊傳輸時延。新建直達(dá)光纖和提升網(wǎng)絡(luò)扁平化程度，有助于進(jìn)一步降低傳輸時延和接駁時延。

第四，超高可靠性是保障。為了大規(guī)模AI集群訓(xùn)練的穩(wěn)定性，網(wǎng)絡(luò)必須提升設(shè)備和光模塊的可靠性，配置基于硬件的快速故障檢測和自愈能力，同時優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟詫崿F(xiàn)多層備份和快速故障保護(hù)。

最后，智能化管控運維是高效運行的基礎(chǔ)。自動化和智能化運維能夠支持端到端可視化和實時監(jiān)測，提升故障快速定位和性能實時監(jiān)測能力。通過數(shù)字孿生和大數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)和預(yù)警預(yù)判，有助于全面提升網(wǎng)絡(luò)的智能化管理水平。

先進(jìn)光纖技術(shù)應(yīng)對新需求

超低損光纖在400G光傳輸系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色。G.652.D光纖雖然在超低損耗和大容量傳輸方向有所優(yōu)化，但在大規(guī)模部署中仍面臨限制。相較之下，G.654.E光纖因其更高的光纖傳輸容量和更低的信號損耗，成為400G光傳輸系統(tǒng)的首選。

G.654.E光纖主要具有三大顯著優(yōu)勢。首先是超低損耗性能，相比傳統(tǒng)G.652.D光纖，G.654.E光纖的損耗降低至0.15dB/km，有效延長了傳輸距離；其次是更高的光纖容量，支持更大容量的光信號傳輸，滿足未來網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)傳輸需求；最后是兼容性好，與現(xiàn)有光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備兼容，便于系統(tǒng)升級和部署。

G.654.E光纖已具備規(guī)模量產(chǎn)和工程部署能力，東數(shù)西算推動?G.654.E光纖在我國干線網(wǎng)的部署，并已成為海纜光通信系統(tǒng)實現(xiàn)跨洋超長距傳輸?shù)膽?yīng)用首。同時，國產(chǎn)G.654E超低損光纖指標(biāo)提升至0.15dB/km的能力可期。

目前，我國三家電信運營企業(yè)積極圍繞8個國家樞紐節(jié)點和北京、上海、廣州、武漢、成都等城市建設(shè)G.654.E光纜，部署規(guī)模超三萬皮長公里。

中國移動在2022年至2024年已開展兩次G.654.E光纜集采，采購規(guī)模超1萬皮長公里。中國電信在上海-廣州、北京-太原、廣州-貴陽、武漢-廣州等新建干線光纜中部署G.654.E光纖，部署規(guī)模超0.5萬皮長公里。中國聯(lián)通新建的北京-雄安、西安-合肥、贛州-韶關(guān)-懷集等約0.5萬皮長公里光纜采用G.654.E光纖。

隨著數(shù)據(jù)傳輸需求的不斷增加，單純依靠提高單模光纖容量已難以滿足未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求?？辗謴?fù)用（SDM）光纖技術(shù)因此應(yīng)運而生，成為未來光通信技術(shù)的重要發(fā)展方向。

數(shù)據(jù)顯示，SDM光傳輸容量已突破P比特。2023年，中國信息通信科技集團(tuán)利用19芯單模多芯光纖實現(xiàn)總傳輸容量4.IPbps光傳輸系統(tǒng)。2023年，日本NICT在歐洲光通信會議上報道了基于38芯3模的多芯少模光纖，實現(xiàn)22.9 Pbps 光傳輸系統(tǒng)。

SDM光纖通過在單根光纖中集成多芯或多模，從而實現(xiàn)容量的大幅提升。隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟，未來有望在實際網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)更高的傳輸效率和更低的能耗。

值得一提的是，空芯光纖作為SDM光纖的另一重要形式，具有更低的信號損耗和更高的傳輸速度。目前，空芯光纖已在實驗室中實現(xiàn)了0.114dB/km的損耗水平，顯示出巨大的應(yīng)用潛力。

目前，這方面技術(shù)的全球角逐已開啟。在解決光纖空間幾何結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化和工藝穩(wěn)定性，現(xiàn)網(wǎng)部署工程化等問題上，仍需5-8年持續(xù)攻關(guān)。同時，需加快原材料技術(shù)、設(shè)備技術(shù)和器件技術(shù)、中繼放大技術(shù)等產(chǎn)業(yè)鏈聯(lián)動和推進(jìn)試驗驗證，逐步向?qū)嵱没葸M(jìn)。

加速網(wǎng)絡(luò)智能化發(fā)展

在光纖技術(shù)不斷演進(jìn)的同時，智能管控技術(shù)也在加速推動網(wǎng)絡(luò)的智能化發(fā)展。通過引入AI、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，智能管控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)的實時監(jiān)測、故障預(yù)測和智能優(yōu)化，從而提高網(wǎng)絡(luò)的整體運行效率和可靠性。

提升智算中心網(wǎng)絡(luò)運維效率：采用意圖感知、數(shù)字孿生、AI推理訓(xùn)練等核心技術(shù)，提升智算中心網(wǎng)絡(luò)的自動化和智能化運維能力，重點解決故障定位難和影響AI大模型訓(xùn)練效率等問題。

智能管控系統(tǒng)的核心在于數(shù)據(jù)的采集與分析。通過對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測，系統(tǒng)能夠及時發(fā)現(xiàn)潛在問題并進(jìn)行預(yù)警。此外，AI技術(shù)的引入使得系統(tǒng)能夠基于歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和預(yù)測，為網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和運維提供有力支持。

在AI時代，高速大容量全光通信技術(shù)的發(fā)展不僅是技術(shù)創(chuàng)新的需求，更是滿足未來網(wǎng)絡(luò)需求的必然選擇。超低損光纖和空分復(fù)用光纖作為兩大關(guān)鍵技術(shù)，將在未來通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮重要作用。同時，智能管控技術(shù)的應(yīng)用將進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)的智能化水平，為通信網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展提供堅實基礎(chǔ)。