AI时代新型全光网关键技术探讨与展望

AI时代新型全光网关键技术探讨与展望2026年1“以网强算”实现一体供给“算网一体”实现极致性能、极致效率2.0阶段

算x网算网融合调度设施能力升级从“AI

Native”到“Token

Native”驱动全栈技术跃迁400G全光网规模应用1.0阶段

算+网算网布局优化资源东西协同基于OXC的光电联动全光网3.0阶段

(算x网)^AI全域AI化演进支撑智能服务ION2030HIC-OTN，T比特高速传输空芯光纤及系统2021年提出算力网络理念以来，持续推动形成算网融合的新型全光底座，深化光传送网400G代际演进、颠覆性空芯光纤及系统、无损智算HIC-OTN等关键技术创新，构建“一点接入、即取即用”的社会级算力服务2算力网络发展迈向新阶段光通信是智算中心规模扩展的重要基础智算需求快速增长，规模急剧增大，高速光通信技术是智算中心内和多局址互联场景下提升算效的基础场景一跨机楼互联（2km~10km）场景二多局址互联（~100km）场景三多节点互联（>1000km）节点A节点B光骨干网城域网解决单机楼节点能力受限，超万卡、十万卡组网问题解决单园区节点能力受限，十万卡组网及碎片资源整合超大规模节点互联，解决超十万卡集群组网问题单集群内光互连场景多集群间光互连场景LeafSpine8*GPU.

..3.

..Leaf与GPU间距离：<100m光纤：多模Leaf端：400G

SR8GPU端：200G

SR4Spine与Leaf间距离：<2km光纤：单模Spine端：400GFR4Leaf端：

400G

FR4400G代际技术突破构建千公里级“东数西算”高速光互联4完成国家“东数西算”八大枢纽400G互连建网工程，端口数超11000个，覆盖超135个城市，构建枢纽内5ms、枢纽间20ms的全国时延圈OFC2023,

W2B.16ScientificReports,9(17162),

2019ECOC2019,

We3c1.5ECOC2023,

M.A.5.3JLT,41(12),

2023NatureReviewsElectricalEngineering,3,226,

2026400G是复杂的系统性难题，提出“QPSK+130GBaud+C6T/L6T”

的400G新型全光网技术体系，实现首次集采部署，发表Nature子刊NatureReviews

Electrical

Engineering论文，入选2024年央企“十大超级工程”器件 模块 系统符号率：~30GBd

→~130GBd，提升四倍 C波段→

C+L波段，扩展三倍 SRS转移：100G<1dB→400G~7dB，增加6dB极限性能探究5616km等三大长距传输世界纪录探明400G

QPSK能力产业生态构建拉动形成一条全新自主可控400G骨干网产业链C+L一体化已实现OXC与OTU一体化，进一步探索OA一体化2023OXC一体化已集采2024OTU一体化7省长距试点2025OA一体化初步原型试验芯片器件设备+ +400G光模块封装持续向高集成化演进400G对光模块在带宽、波段、良率、集成度等方面提出新的挑战，推动光模块集成度进一步提升客户侧光模块线路侧光模块100GE400GEMSA

~40W相干CFP

~28W相干CFP2

~24WCFP

~18W CFP2

~9W CFP4

~5WQSFP28

~4W硅光客户侧应用场景QSFPDD

~12W硅光线路侧应用场景客户侧应用场景以太网光模块由100GE向400GE

QSFPDD演进部分100GE、400GE以太网光模块采用硅光技术线路侧应用场景100G：CFP向CFP2演进，已采用硅光技术400G：长距QPSK以提升距离为主，前期部署以MSA为主，CFP2已成熟逐步替代MSA100G400GMSA

~70W相干CFP2

~30W5T比特尤其是1.6T有望成为400G后的下一个重大代际技术符号速率、频谱宽度、功率转移相比400G将成倍增加，超高速多波段光传输亟待技术变革100G及以下：以提升谱效率为主 400G及以上：开启宽谱时代1998

2.5G2003

10G2013

100G2023

400G20XX?

1.6T~2.5GBd~10GBd~30GBd~500GBd?4THz

C波段12THz

C+L波段<1dB@G.652.D~130GBd48THz

OESCL波段功率转移频谱宽度符号速率~7dB@G.652.D~4dB@G.654.ET比特预计成为下一代光网络的代际技术6S+C+L19dB@G.652.D12dB@G.654.E“提速率”满足T比特骨干网传输距离需求共享400G骨干网的130GBd超高速光电器件难满足T比特骨干长距传输要求，需进一步攻关超200GBd光相干收发等核心组件，薄膜铌酸锂相比铟磷和硅光在电光带宽、工作频宽等核心指标方面具备显著优势0120004812OSNRMargin/Penalty

(dB)400 800TransmissionDistance

(km)196.6-THzMargin196.6-THzPenalty184.4-THzMargin184.4-THz

Penalty码型：130GBd

16QAM-PCS波段：C6T+L6T，纯EDFA放大80×800Gb/s无余量1253km80×1.2Tb/s无余量305km码型：130GBd

64QAM-PCS波段：C6T+L6T，纯EDFA放大T比特传输距离受限

T比特级光器件技术分析硅光铟磷薄膜铌酸锂带宽集成度<130GBd>300GBd>500GBd工作频谱百nm量级（可覆盖多波段）数十nm量（仅C、L波段）百nm量级（可覆盖多波段）需外置光源可单片集成需外置光源接收依赖硅光7“扩波段”满足T比特骨干网容量提升需求面向T比特骨干长距传输，随波特率提升至200GBd以上，频谱将随之至少扩展至S+C+L波段以满足80波系统需求，高效管理进一步加剧的SRS功率转移、攻关多波段有源模块成为超宽谱系统技术突破关键面向SRS效应更显著和复杂的S+C+L多波段传输场景，大有效模场面积G.654光纤的传输性能优势更为凸显S6T+C6T+L6T：G.652.D~19dB，G.654.E~12dBC6T+L6T：G.652.D~7dB，G.654.E~4dBSRS损伤加剧 超宽谱有源模块光放大器激光器光交叉S波段是功率被抽取波段，对OA性能提出更高要求增益已≥20dB，噪声系数相较C6T

EDFA差~2.5dB低色差光元件，满足多波段光波同路径传播需求动态范围15dB→20dB，应对更强的SRS功率转移受均衡增强的相位噪声（EEPN）限制，超200GBd传输要求10kHz量级线宽传统结构难兼顾超宽调谐和超窄线宽，提出新型选频结构的硅基外腔超窄线宽激光器方案（10Hz，C+L）J.Li,etal.,Photonics

Research8高速光模块驱动智算中心内互连“更高、更快、更强”面向智算中心内互连的高速光模块是新技术竞争焦点，技术换代极端活跃，应协同业界积极推动国际标准化，联合攻关促进AIGC大模型等新型应用繁荣发展10G25G40G100G200G400G800G交换机/服务器光交换片上光互连更短距离VCSELDFB（DML/EML）硅光（SiPh）更高速率更高性能高速光器件是数据中心内光互连核心技术问题面向智算的新型光模块需求:更大的模型需要更大的智算规模，意味着更远的传输距离和更大速率高算效需要更低时延趋势：数据中心内互连速率飞速增长400G9800G1.6T更高速率IEEE：400GE-FR4已发布（2021，802.3cu）ITU-T：中国移动牵头已完成（2025，G.695）IEEE：800GE-FR4已定稿（2026.2，802.3djdraft

D3.0）ITU-T：中国移动牵头制订（from

2025，G.695）IEEE：1.6T-DR8-2已定稿，单模并纤（2026.2，802.3djdraftD3.0

）ITU-T：研究中随着100G/lane技术成熟与200G/lane技术快速发展，高速光模块正由400G快速向1.6T乃至更高速率演进光模块光电集成架构形态变化数据中心芯片光互连向Tbit演进，电连接损耗和功耗成为限制速率升级的瓶颈，传统光-电集成架构有望迎来变化通过精简oDSP以及采用新架构缩短主芯片和光引擎间的信号传输距离，突破带宽密度和能耗密度的限制PICsubstratePIC增强serdes主芯片substratePICsubstratePICsubstratePCBoDSP(TX)substrateCPOCo-Packaged

OpticsNPONearPackaged

OpticsLPOLinearPluggable

OpticsLROLinearReceive

Optics光电共基板封装（2.5D/3D）<5

cm基板~5

pJ/bit224

Gb/s光引擎嵌入集成同一PCB5

cm基板+5

cmPCB10~12

pJ/bit224

Gb/s线性直驱，收发均取消DSP5

cm基板+20

cm

PCB12~14

pJ/bit112

Gb/s保留发端DSP，取消收端DSP5

cm基板+20

cm

PCB15

pJ/bit224

Gb/s10技术特点电连接长度单比特能耗*通道速率*1.6T可插拔光模块单比特能耗为15~20

pJ/bitORCPO主要技术路线CPO依托系统架构、芯片制造和封装协同升级，以实现光电转换的高性能光引擎为核心，其中硅光集成+外置激光器方案为主流技术路线传输距离：

10s

m功耗特性：<5

pJ/bit带宽速率：以100Gb为主，200Gb较困难光纤数量：10s~100主流厂家：IBM、惠普、富士通VCSEL方案在成本和功耗方面具有优势，但整体目前仍处于研发阶段，且砷化镓材料与硅难以集成，技术水平处在NPO阶段基于VCSEL(垂直腔面发射激光器) 基于硅光集成+外置激光器传输距离：

1s

km功耗特性：<5

pJ/bit带宽速率：支持200Gb光纤数量：1s~10s主流厂家：博通、英伟达、Intel、Ayar

Labs11硅光方案利用现有CMOS工艺进行光器件开发和集成，集成度高、速率高，光源外置稳定性高，可覆盖短距VCSEL方案OFC产业进展从OFC来看，行业初步形成可靠性为核心、液冷为主流方案、MSA多元竞争的态势，同时在

CPO部署节奏、400G/Lane

接口与调制器路线、Scale-up

架构上仍存在分歧1.

可靠性为王：AI集群是紧耦合超算，链路故障直接暂停训练，可靠性替代成本成为核心指标1.

CPO部署时点：并非迫在眉睫，XPO/可插拔方案可选择，暂无云服务商宣布大规模部署CPO2.

液冷全面成为主流：Cold

plate进入模块内部，Arista实测：液冷温度比风冷低20-25℃，可靠性提升约8倍3.

MSA标准竞争白热化：

OCI、XPO、Open

CPX多个阵营并立2.

400G/lane

电接口：三选一未达共识，PCB

/

连接器带宽限制，PAM4难落地，短期被迫用

PAM6

妥协3.

400G/lane调制器路线：存在TFLN、BTO、硅光、InP等路线4.

Scale-up路线：OCI：Slow

&Wide，Nvidia：Fast&

Narrow12光模块代际技术演进智算中心直调直检光模块当前处于800G规模部署、1.6T逐步应用阶段，进一步推进3.2T研发骨干网相干光模块约10年更新一代，当前处于单波400G，正在推进T比特技术研发，伴随相干下沉会更早应用13光纤技术革新推动AI算力扩展AI大模型的分布式训练与实时推理对智算中心互连带宽、时延和功耗提出了严苛要求，空芯光纤作为新型传输介质，凭借其低时延、低色散、低非线性的天然优势，有望成为智算光互连的核心使能技术超低时延节省传输时延

>30%接近真空光速时延敏感应用AI大模型、智算、高品质专线超低损耗<0.1dB/km突破石英损耗极限决定传输根本性能超大跨段、更低建网成本超低非线性降低

~1000倍致密石英

→

稀薄气体突破非线性限制超低复杂度、超低功耗、高信噪比超宽频谱扩宽

>10倍理论覆盖近红外窗口自由选择适宜频谱1um、O/E/S/C/L/U、2um15微软~0.09dB/km@1550

nm<0.2dB/km@66

THz领纤/移动<0.1dB/km@1550

nm领纤~0.05dB/km@1550

nm长飞~0.04dB/km@1550

nmTDNANF-4

DNANF-5ST-HCFIT-HCF已有多厂家可实现<0.1dB/km的空芯光纤小规模制备，单次拉丝长度已达90km，偏振模色散小于0.1ps/km1/220202021202420251002019101

102103104105106Unitprice

(USD/fiber/km)2022

2023YearHCFG.652.D100xin7

mon.1.4M7K

8385m45km0.7M

618km

140~200Mkm

annuallyfor

G.652.D10-310-210-11005x

in 10115

days102103HCFLength

(km)超低损空芯光纤截面结构 空芯光纤采购成本及拉丝长度变化HCF单价及采购量 单次拉丝长度及构型成本：2023到2025两年内，空芯光纤单价已下降超500倍，采购单价的快速下降为空芯光纤商用部署创造了有利条件拉丝长度：目前空芯光纤的单次拉丝长度已从之前的不足1公里延长至接近100公里，制备工艺的逐步成熟为后续的大规模生产提供了关键支撑空芯光纤产业进展：2024年进入快速变化期空芯光纤国内外应用进展16中国电信浙江杭州试点10.4km2024.062025.11中国移动深圳-东莞试点10.3

km国防科大实现2kW激光在2.45公里传输中国移动浙江金华试点42.0

km中国电信上海试点7.6

km中国电信浙江杭州试点95.0

km中国移动深圳东莞首商用线路中国电信深圳香港空芯链路中国联通深圳香港“海缆-数据-金融”中心直连国网四川眉山空芯电网应用2024.10 2024.11 2025.04 2025.082025.10中国移动采购空芯光纤492芯公里国内微软Azure完成多个区域的试点验证20

+km微软宣布未来2年部署1.5万公里空芯光纤Scala,

Lightera和诺基亚在巴西开展空芯光纤验证测试微软与康宁、贺利氏就空芯光纤达成合作2024.112025.112025.9国外2024STL发布印度首个面向数据中心空芯光纤光缆2026.3天府绛溪实验室验证量子隐形传态可行性国内空芯光纤试点数量多、类型丰富，主要以数据中心互连为核心应用场景，正在向长距离演进海外已覆盖北美、南美、欧洲、印度等多个大洲区域，渐成全球共识空芯光纤潜在应用场景120

~500km500

~1000km1000

~10000km<10s

m数据中心内机架内纵向扩展10sm～2

km数据中心内横向扩展2~

20km前传数据中心间20

~120km回传/数据中心间/城域跨域扩展长距陆地骨干网超长距陆地骨干网海底海缆系统MMF,

G.657/G.652G.657/G.652,

MMFG.652G.652G.652G.652/G.654G.654关键需求每比特低功耗、低延迟、高密度、高容量关键需求每比特低功耗、低延迟、高密度、高容量关键需求低延迟适应恶劣线路条件、每用户容量、低损耗关键需求低延迟、低损耗低色散、宽谱关键需求超低损耗、长跨距、宽谱关键需求超低损耗、长跨距、宽谱关键需求超低损耗、长跨距、宽谱低延迟低损耗低非线性宽带低色散低延迟低损耗低非线性宽带低色散低延迟低损耗低非线性宽带低色散低延迟低损耗低非线性宽带低色散低延迟低损耗低非线性宽带低色散低延迟低损耗低非线性宽带低色散低延迟低损耗低非线性宽带低色散常规芯径

HCF低损

HCF超低损

HCF连接器，无熔接(无)放大，熔接放大，熔接√√×××√√√×××√√√√√√×√√√√√√有放大：√无放大:

×√√√/√√√√√√√√/√√√√√√√√/√√√√√√√√17更低传输损耗超低色度色散 高模式纯净度~2dB/km~0.3dB/km-90~-100ps/nm/km数百横模，模式色散高达~10ms/km2~3ps/nm/km

准单模，模式色散影响可忽略实芯多模光纤空芯光纤优化1：单模VCSEL优化3：VCSEL-空芯光纤耦合f1Collimated

lightL1 VCSELHCF发散角~1.4°，单模VCSEL~6-12°，二者存在极大不匹配，端面耦合不可行透镜耦合是更优选择，体积、容差需重点优化

18波段：面向800-1000nm进行参数优化宏弯：数据中心内弯曲多，弯曲半径小，需要优化宏弯性能，可适当放宽传输损耗MM-VCSELHCF准单模，不适配传统多模VCSEL单模VCSEL技术尚不成熟，存在多材料体系（如GaAs、InP）竞争，还需进一步研究空芯光纤助力VCSEL技术潜能提升随系统速率提升，基于多模光纤的850nm

VCSEL可支持的传输距离持续缩短，在数据中心内的应用空间被持续压缩，应用场景从500m已最低减小到30m在850nm波段，空芯光纤相比实芯多模光纤在传输损耗、色度色散、模式纯度等方面均具有显著优势，有望基于VCSEL+空芯光纤实现≥2km单lane

200G信号传输，满足数据中心内互连需求，有力拓宽VCSEL技术路线应用场景基于空芯光纤的VCSEL传输技术仍需持续优化优化2：空芯光纤设计空芯光纤助力光模块技术性能优化在高纯度空芯光纤信道中，能够充分发挥低时延特性，可支撑LPO/NPO等无DSP简化架构，实现高阶调制与大容量传输#1:50G/lane

PAM4CDR

ROSA

MCUI2CTOSA

TOSA

ROSA

MCUI2CDSPElectricalInterfaceOpticalInterfaceElectricalInterfaceOpticalInterfaceCDR

+

HCF DSP+