“從2012年到2019年，根據人工智能的需要，算力已經增長了30萬倍。”中國工程院院士鄔賀銓在日前召開的新一代光傳送網峰會上表示，與全球水平相比，中國的算力發展也很強勁，“在全球超級計算機500強中，中國占據了45%。”與算力增長相匹配的是流量的快速增長，而光網絡是流量最大的載體。面對迅猛增長的算力和流量，光網絡將做何選擇?
中國光纖新增市場連續5年全球第一
根據華為的預測，2020年以前，固網的流量基本是以高清視頻為主，帶寬并不高;2020年至2025年，固網中開始出現虛擬現實(VR)業務;到2030年，受全息業務的影響，單一業務的流量會達到1Tbps以上。從發展曲線看，2010至2020年十年中，固網流量只增長了4倍，可是從2020年到2030年的十年將增長2500倍。
據思科的預測，2021年視頻業務將占全球流量的81%，中國互聯網的視頻業務占網絡流量的94.5%。從全球流量看，固網每年增長24%，移動網絡每年增長47%。
中國的寬帶網絡基礎在過去幾年得到大幅度提高。從移動網絡來看，中國每萬人基站數是14個，美國是4.7個;每10平方米有的基站數，中國有5個，美國只有0.4個，所以美國基站的功率都遠大于中國，輻射也遠大于中國。從固網寬帶光纖滲透率來看，2019年中國達到了92.9%，美國是25%。而且百兆帶寬的光纖到戶滲透率，在2020年11月達到89.4%。
鄔賀銓說，中國的光纖新增市場連續5年是全球新增市場的一半，中國光纜總線路長度已經達到4546萬公里，占全球40%以上;2019年中國光纖覆蓋率是美國的四倍，這說明我們的光纖部署是領先于全球的。
在覆蓋水平大幅提高的同時，用戶感受得到的實際網速還有提升空間。從我國寬帶速率提升的縱向比較來看，從2013年到2019年，我國固網的下載速率提升了14倍;從橫向比較看，據思科數據，2018年全球固網寬帶的平均速率是45M，我國為28M，是全球平均水平的60%。
“在互聯網國際帶寬上，我們是比較低的，2017年全球網民平均國際帶寬是76K，中國是28K，這個速率是歐洲的1/4，美國的1/3。”鄔賀銓說，“當然這不僅是光網絡建設的問題，還有國家出境流量安全管理的問題。我想說明的是，盡管國內的光纖發展很好，但帶寬水平、可用寬帶能力與世界水平還是有很大的差距。”
中國光模塊技術躋身國際先進水平
作為寬帶的底層物理承載基礎，中國的光纖光纜技術發展走了引進消化吸收再創新的路。從拉光纖到做光纖預制棒，再到光纖光纜裝備，我國的光纖光纜生產技術已經是國際先進水平。目前我國是全球最大的綠色光棒基地。“光纖的可用波段將從C波段向C++波段演進，能使每光纖帶寬增加50%，而且未來還將向L波段擴展。未來幾年，G.654.3海纜以大有效面積和低衰減等特質將登陸成為通信干線的新選擇。
我國在光模塊技術上也可以躋身國際先進水平。華為在2020年2月份率先實現了800Gbps超高速光模塊，在此之前國際最好水平是400G。800G模塊大幅提高了光網絡的傳輸性能，進一步降低單比特傳輸成本。在光纖的傳輸距離上，中國企業在400G現網測試中創造了超過600公里的傳速距離。
中國企業實現了220GBaud的超高速信號傳輸，借助新型大帶寬IQ調制器以及神經元網絡的非線性數字信號處理算法，首次突破200GBaud，為未來單波速率向超Tbit級別的技術演進奠定基礎。此外，中國企業還實現了全球最大容量的光交叉平臺，容量達到384T。
鄔賀銓認為，光纖的潛力還有待發揮。從光通信采用的波段來看，原來只是在25GHz中發展，如果可以把傳輸損耗控制在一個范圍，光通信采用的波段可以向C波段轉換，并向L波段擴展，實現高達260Tbps的帶寬。
在帶寬之外，光纖網還要提供具備確定性的低時延服務。現在IPv6技術火熱，IPv6不僅僅可以表達終端及身份和位置，還可以把IPv6作為路由器的節點來用。“原來只知道網絡中的IP包是沿路徑進入目的地地址，根本不知道IP包中承載的內容是什么，而在IPv6中可以加入應用感知，指示用戶的身份，用戶IP服務質量以及IP包對于帶寬、延時、抖動的要求，運營商看到這個需求指標就知道應該提供什么樣的服務。”鄔賀銓說。
5G時代光網絡面臨新的挑戰
與之前的移動通信技術相比，5G的能力是多方面的，如增強技術、支持移動寬帶、高可靠、低時延、廣覆蓋、大連接等，同時結合網絡層技術，可以做針對5G網絡的軟件定義網絡切片。5G用戶速率是4G的10倍，峰值速率為200bps。據業內企業分析，5G連接速率在2023年可達575Mbps，是4G速率的13倍。
但室內的移動通信通常都是卸載到WiFi然后轉入光纖網絡，4G有59%流量分流到WiFi，5G有70%的流量也會分到WiFi，WiFi6有希望做到10Gbps，因此移動通信的發展，很大程度上流量是走到光通信網絡中，因此隨著Wifi速率的提升，光網絡的整個結構流量也在跟著上升。5G前傳網絡是基于光網絡部署的。由于5G采用的MIMO技術，多達64個天線，所以無法繼續使用4G的前傳網絡，主要是帶寬沒有辦法支持。“中國移動提出的MWDM方案在5G前傳中受到了很多關注，可以在比較簡單的情況下實現容量的提升。”鄔賀銓說。
無論從固網還是5G來看，光網絡都有更多挑戰需要解決。工信部科技委常務副主任、中國電信集團科技委主任韋樂平說，發展新一代的光通信，要納入標準體系中。2020年12月，中國通信標準化協會成立了TC618組，專注于做光通信的承載標準。
據介紹，TC618的主要工作方向有三個：一是承載方案，研究面向綜合承載光傳送網需求和承載方案，研究新一代光傳送網的技術演進方向;二是傳輸技術，包括陸地大容量WDM傳輸技術、海洋光纖傳輸、新一代光纖技術等;三是光模塊。
“光模塊是制約光通信發展的最后一個大屏障，這個東西不突破，系統是不可能快速發展的。”韋樂平說，“我們國內有很好的基礎，但拔尖的少了點。希望通過通信標準化協會，能夠推動光模塊產業的大發展，特別是可調諧的激光器自主化能力實現突破。”