諾基亞貝爾呂名揚(yáng)：光傳送網(wǎng)代際劃分需要新指征

  作為“2024中國(guó)光通信高質(zhì)量發(fā)展論壇”的重要專場(chǎng)論壇，“400G開啟光傳送網(wǎng)新時(shí)代”線上研討會(huì)順利召開。會(huì)上，諾基亞貝爾基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)集團(tuán)光網(wǎng)絡(luò)事業(yè)部首席架構(gòu)師呂名揚(yáng)應(yīng)邀作了題為《光傳送網(wǎng)的代際節(jié)點(diǎn)和演進(jìn)路線》的主題演講。

  呂名揚(yáng)指出，從產(chǎn)品端來(lái)看，無(wú)論是從應(yīng)用速率還是從波特率來(lái)看，全球相干產(chǎn)品更高速率的出貨數(shù)量都在增長(zhǎng)?？梢哉f(shuō)，在短暫低谷之后，2023年全球光網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)重新開啟了新一輪發(fā)展周期。與移動(dòng)通信存在明確的代際演進(jìn)特征不同，光網(wǎng)絡(luò)并沒有明確的代際特征，但“從速率來(lái)看，400G已經(jīng)完全成熟，400G將開啟下一代光網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)周期?！? 如何進(jìn)行光傳送網(wǎng)的代際區(qū)分和規(guī)劃將是業(yè)界未來(lái)的重要課題。

  呂名揚(yáng)表示，作為諾基亞唯一在華運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，諾基亞貝爾積極參與 “啟航行動(dòng)”中的未來(lái)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)。特別是在未來(lái)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)中的下一代光網(wǎng)絡(luò)任務(wù)方向上，聚焦低功耗/高集成度/高符號(hào)速率的光電技術(shù)，以及超大容量長(zhǎng)距離光傳輸系統(tǒng)技術(shù)兩個(gè)領(lǐng)域，進(jìn)行了深入研究，積極推動(dòng)產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用落地。

  光網(wǎng)絡(luò)代際劃分需要新指征

  2016年，采用14納米的CMOS DSP制程面世，波特率為60Gbaud，采用QPSK調(diào)制格式，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率可以實(shí)現(xiàn)200Gbps。這一代產(chǎn)品同時(shí)具備了400G傳輸?shù)臐摿?16QAM調(diào)制格式)，這也是業(yè)界最早出現(xiàn)的400G產(chǎn)品，但距離是受限的，只能應(yīng)用在城域等短距場(chǎng)景。

  2019年，采用7納米的CMOS DSP制程面世，最高波特率達(dá)到了90Gbaud，采用QPSK調(diào)制格式，可以實(shí)現(xiàn)300Gbps的傳輸速率；但如果采用16QAM PCS調(diào)制，雖然相比于16QAM凈傳輸速率略微下降，但傳輸距離得到極大增強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)千公里的400G應(yīng)用。

  2023年，全球所有主流廠商都陸續(xù)發(fā)布基于5納米工藝，120Gbaud的產(chǎn)品，采用QPSK調(diào)制格式，可以實(shí)現(xiàn)干線級(jí)別400G的超長(zhǎng)距離應(yīng)用。三代400G技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)，補(bǔ)全400G所有的應(yīng)用場(chǎng)景，也標(biāo)志著400G建設(shè)周期進(jìn)入到新階段。

  400G并不是終點(diǎn)，業(yè)界開始廣泛討論下一代光網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)志速率將會(huì)是800G還是1.6T。從芯片角度來(lái)看，90Gbaud的產(chǎn)品就可以支持800G應(yīng)用，但傳輸距離受限；采用5納米制程支持的120Gbaud產(chǎn)品，同時(shí)采用16QAM PCS調(diào)制，就可以實(shí)現(xiàn)800G千公里級(jí)別的傳輸。如果采用3納米工藝下的180Gbaud產(chǎn)品，通過(guò)PCS調(diào)速技術(shù)略微降低傳輸效率將可以實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的800G傳輸。而如果使用QPSK調(diào)制格式實(shí)現(xiàn)800G，將需要240Gbaud的光電器件，目前業(yè)界仍沒有可行的技術(shù)路線。

  400G對(duì)應(yīng)了三代技術(shù)，而800G將對(duì)應(yīng)超過(guò)4代技術(shù)，由此可見，調(diào)制格式、波特率以及速率劃分方式高度耦合的情況在800G時(shí)代已經(jīng)不再通用。在未來(lái)高速光網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)過(guò)程中，作為劃分標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速率，已經(jīng)不是合適的指征?！拔覀冋J(rèn)為符號(hào)速率，或者叫單波的波特率，因與DSP的制程和光電器件帶寬有強(qiáng)相關(guān)性，是非常合適的光網(wǎng)絡(luò)代際劃分指征?！?

  降本增效：下一代光網(wǎng)絡(luò)商業(yè)化路徑

  光網(wǎng)絡(luò)的代際演進(jìn)，究竟為網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了什么？

  呂名揚(yáng)認(rèn)為，無(wú)非是有兩個(gè)需求，一個(gè)是降本，一個(gè)是增效。

  降本方面，重點(diǎn)關(guān)注降低器件成本，單比特成本以及單比特功耗。細(xì)分來(lái)看，器件成本主要包括DSP芯片、光電芯片以及生產(chǎn)成本。其中，DSP芯片的商業(yè)進(jìn)程非?？?，而且有很強(qiáng)的規(guī)模效應(yīng)，隨著出貨量的快速增長(zhǎng)，成本會(huì)快速攤薄。

  對(duì)于光模塊而言，光電芯片成本占比超過(guò)70%；光電芯片成本之所以居高不下，主要是因?yàn)槠湟阅M芯片居多，很難受益于CMOS成熟商業(yè)化的規(guī)模效應(yīng)，而且本身會(huì)有更高的研發(fā)成本以及更高的生產(chǎn)成本。垂直整合將會(huì)成為優(yōu)化光電芯片成本的重要路徑，采用自研而不是外采的方式來(lái)降低光電器件成本，同時(shí)通過(guò)更為先進(jìn)的集成工藝，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的整體造價(jià)最優(yōu)。

  從功耗角度來(lái)看，DSP是光模塊功耗的核心，諾基亞貝爾推出了自研PSE系列的DSP芯片，并針對(duì)干線和城域應(yīng)用推出不同款芯片，對(duì)傳輸側(cè)和接受側(cè)的算法進(jìn)行優(yōu)化，持續(xù)優(yōu)化DSP性能與功耗。

  增效方面，即便產(chǎn)業(yè)界在不斷提升集成度，但以QPSK調(diào)制格式為參照，芯片和DSP算法能帶來(lái)的性能提升已經(jīng)越來(lái)越有限，進(jìn)一步逼近香農(nóng)極限。

  如何讓光網(wǎng)絡(luò)釋放更大的價(jià)值，呂名揚(yáng)認(rèn)為至少有兩個(gè)方向：基于AI/ML的網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化和數(shù)字孿生，進(jìn)一步提升運(yùn)維/智能化管控；基于通感一體提升網(wǎng)絡(luò)附加值。

  呂名揚(yáng)援引新質(zhì)生產(chǎn)力的公式解釋道，新質(zhì)生產(chǎn)力=（科學(xué)技術(shù)+生產(chǎn)要素+產(chǎn)業(yè)）×（勞動(dòng)力+勞動(dòng)工具+勞動(dòng)對(duì)象）。其中，DSP代際演進(jìn)、大帶寬光電技術(shù)、集成技術(shù)可以看作是科學(xué)技術(shù)；而數(shù)字孿生、網(wǎng)絡(luò)智能化則是生產(chǎn)要素；通感一體則說(shuō)明光網(wǎng)絡(luò)不僅僅可以進(jìn)行通信功能，還可以創(chuàng)造新經(jīng)濟(jì)。從勞動(dòng)工具維度來(lái)看，AI則是下一代光網(wǎng)絡(luò)的必然選擇。

  “對(duì)于AI而言，無(wú)論算法多么智能，數(shù)據(jù)一定是基礎(chǔ)?！眳蚊麚P(yáng)表示。所以，諾基亞貝爾采用了基于Streaming Telemetry的開放管控體系，相比于以往的網(wǎng)絡(luò)管控工具，Streaming Telemetry可以實(shí)現(xiàn)秒級(jí)的數(shù)據(jù)采集，這就為網(wǎng)絡(luò)管控帶來(lái)了非常豐富、精確的數(shù)據(jù)，助力用戶將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實(shí)實(shí)在在的利潤(rùn)，比如網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本的降低，網(wǎng)絡(luò)可用性指標(biāo)的提升等。

  除了網(wǎng)絡(luò)智能化之外，通感一體也是業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)?！肮饫w本身作為一種物理介質(zhì)，它可以感受到外部環(huán)境的變化，通訊設(shè)施可以用作更多傳感的用途。對(duì)于下一代光網(wǎng)絡(luò)而言，通感一體是非常大的亮點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型，為光纜的擁有者帶來(lái)更多的利潤(rùn)?！?