AI时代，全光算力底座如何演进？

    当前，AI已进入规模化应用阶段，大模型、智能体、科学计算以及智能制造等新技术、新业务快速迭代，推动算力基础设施加速扩张。

    我国智能算力规模已达2185 EFLOPS（FP16），同比增长177%；建成万卡以上智算设施52个，算力基础设施正加速向“枢纽—区域—边缘”三级协同的布局体系演进。

大模型训练与推理环节的算力需求持续增长，单一数据中心内部的算力资源已难以满足业务发展的需求，跨机房、跨园区乃至跨地域的算力调度协同，逐渐成为行业发展的重要方向。算力资源正从相互独立的计算节点，向可互联、可调度、可协同的网络化资源体系演进。

    AI规模化应用驱动算力基础设施快速扩张与跨地域算力协同，光网络由传统传输管道向AI算力基础设施演进，其连接、调度和保障能力直接影响算力利用效能。同时，光网络还将加快通信、感知、计算等要素的全面融合，为AI规模化应用奠定坚实基础。

    本文聚焦全光网络“新媒介、新系统、新管控”三大特征，重点分析空芯/多芯光纤、超高速光传输、WSON（wavelength switched optical network，波长交换光网络）、OCS（optical circuit switching，光路交换）、数字孪生及算网协同等关键技术的发展趋势，结合中国电信全光网3.0战略的现网实践，提出未来十年的分阶段演进路径。

    业务形态是网络演进的重要驱动力：互联网时代推动光纤网络和移动网络全面普及，云计算时代促进云网融合，人工智能时代则推动网络基础设施进一步向计算、通信、存储、感知、控制等要素的全面融合演进。

    AI业务对网络提出的新要求具有明显的系统性特征。

    在此背景下，光网络作为新型基础设施的重要组成和关键承载底座，正在迈入技术与产业协同的全新发展阶段。面向智能时代，中国电信提出以“全光智联”为核心的“全光网3.0”发展战略，明确“光云智融合、光感业融合、天地海融合”三大愿景，本质是推动光网络从独立的基础承载设施，向深度融合云、算力和业务的综合能力体系升级。

    全光网1.0以“光进铜退”为主要特征，重点解决光纤覆盖和接入能力问题；全光网2.0以“全光交换”为核心，通过ROADM（reconfigurable optical add/drop multiplexer，可重构光分插复用器）等技术推动网络向大容量、扁平化和全光化方向发展；进入AI时代，全光网3.0以“全光智联”为核心，网络的连接对象、承载场景和功能边界进一步扩展。

从技术体系看，全光网3.0面向AI时代的能力演进，可进一步归纳为“新媒介、新系统、新管控”三个方面，如图1所示。

图1 新一代光网络技术体系

  “新媒介”主要解决光网络的容量、距离、密度和时延问题，通过空芯光纤、多芯光纤、大芯数光纤光缆等技术创新，以及新型光纤网络架构的迭代演进，不断拓展光连接的物理边界。

  “新系统”主要解决光网络如何承载大规模AI业务的问题，充分利用超高速超大容量传输、ROADM/WSON、OCS以及光电协同计算等技术，推动光网络持续向超大带宽、超高可靠、超大规模和超低时延方向演进。

  “新管控”主要解决网络资源如何被高效利用的问题，通过数字孪生、人工智能、智能体和开放管控等技术，实现网络“规划—建设—维护—优化—运营”全生命周期智能化管理，推动光网络从人工操作和被动响应，向主动感知、智能决策和闭环执行演进。

    上述三个方面共同构成新一代光网络的技术体系，其中“新媒介”拓展边界，“新系统”释放价值，“新管控”提升效能，最终使光网络由传统意义上的“信息传输管道”，升级为承载AI算力的综合基础设施底座。

    从国际发展态势看，全球主要云厂商和电信运营商均在加快面向AI业务的光网络布局。谷歌云推出面向大规模AI训练的Virgo Network，探索跨数据中心大带宽、低时延网络架构；NTT（Nippon Telegraph and Telephone Corporation，日本电报电话公司）依托全光子网络推进数据中心互联与分布式计算。总体来看，云厂商侧重计算与网络协同设计，运营商重点强化跨地域光连接与调度能力，双方共同驱动光网络与AI业务深度耦合。

    AI业务规模化落地带动光网络容量、连接密度快速增长，传统单模光纤在容量、时延、管道空间资源等方面逐步显现性能瓶颈，亟须在光纤媒质、光缆密度、网络架构三个层面协同演进。

    在光纤媒质方面，空芯光纤通过降低光在介质中的传播时延，为金融交易、数据中心互联等时延敏感业务提供新的技术路径；多芯光纤利用空间维度提升单纤容量，特别适用于数据中心内部及海缆等空间资源受限场景；大芯数光纤光缆则通过提高单位光缆的纤芯数量，缓解管道资源紧张问题，并提升传输容量。

从国际发展和产业生态看，新型光媒介正从光纤本体性能突破，向系统适配和规模化工程应用演进。微软已将空芯光纤部署于Azure网络，用于城域数据中心互联；NTT围绕四芯多芯光纤推进接续、分支和测试技术研究，探索其在数据中心互联及海缆等场景的应用。然而，空芯光纤仍面临气体吸收损耗、异质结构熔接及测试运维等挑战，多芯光纤则需要解决芯间串扰、配套器件和工程接续等问题。

    在标准化方面，ITU-T（International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector，国际电信联盟电信标准化局）SG15已启动空芯光纤技术报告GSTR.hcf研究，推进弱耦合多芯光纤G.smmcf、G.csmcf等标准制定，并持续完善G.652、G.654、G.657等单模光纤标准体系。未来应加强光纤光缆与光器件、传输设备及测试仪表等产业环节的协同，健全性能测试、系统适配和工程应用规范，推动新型光媒介从性能验证向规模化应用演进。

    围绕新型光纤应用，中国电信积极开展现网实践。在空芯光纤方面，2025年，中国电信在东莞—香港110 km线路部署业界最长跨境空芯光纤和超低时延传输系统，将粤港交易所互访时延降低至1 ms以内；联合产业合作伙伴依托现网完成超长单跨无中继波分传输技术示范，实现51.3 Tbit/s传输容量在206.5 km链路上的无中继传输，创同类型现网场景下的容量距离积新纪录。在多芯光纤方面，中国电信在广州—深圳完成业界首个基于多芯光纤的跨城多智算中心分布式训练现网验证，互连距离为409.61 km，业务性能可达集中训练的97%以上。

面向“东数西算”和全国一体化算力网建设，中国电信持续推进“新八纵八横”骨干光缆网建设，通过进一步加密八大枢纽间网络、丰富节点出口、优化建设路由、推进一二干融合以及部署G.654.E光纤等方式，构建面向算力节点的高可靠、低时延、高密度互联新型骨干光缆基础设施。同时，中国电信加快大芯数光纤光缆运维熔接等工程技术攻关和现网验证，推进其在骨干网络的应用。

    一是高速大容量传输体系持续升级。400G已经成为骨干网的成熟商用技术，800G正在加快现网试点和商用，1.6 Tbit/s成为下一阶段前瞻布局的方向。此外，多波段WDM（wavelength division multiplexing，波分复用）、更高阶调制、DSP（digital signal processor，数字信号处理器）和FEC（forward error correction，前向纠错）等技术推动单纤容量向百Tbit/s以上发展。

    二是全光交换能力向算力场景深入。ROADM提供波长级灵活连接，WSON进一步提供基于光层的快速恢复能力，OCS则使光交换从传统传输网络向数据中心内部乃至城域级算力集群延伸，为AI业务提供高可靠、低时延和动态光连接能力。

    从国际发展和产业生态看，AWS（Amazon Web services，亚马逊网络服务）通过自研DWDM（dense wavelength division multiplexing，密集波分复用）系统拓展长距离传输能力，NTT依托IOWN（innovative optical and wireless network，创新光学与无线网络）推进Tbit/s级光通道按需配置，Verizon开展单波1.6 Tbit/s城域光传输验证。

    在产业链方面，光芯片正向高速率、高集成度演进，但高速调制器、探测器仍面临带宽、良率和成本约束；光模块加快向800G、1.6T升级，受相干DSP功耗、先进封装及散热能力制约，高速率与传输距离、系统能效之间的矛盾日益突出；传输设备向多波段、超大容量和灵活光交换发展，但宽带光放大器、WSS（wavelength selective switch，波长选择开关）及光层功率管理制约系统容量扩展，OCS仍面临交换规模、控制协同和部署成本等挑战。

   在标准化方面，IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，电气电子工程师学会）P802.3dj推进200G至1.6T以太网物理层规范，OIF（Optical Internetworking Forum，光互联论坛）已发布800ZR和1600ZR实施协议，ITU-T SG15开展TR.ION-aiDC、Beyond 1T及高速FlexO接口研究。未来应加强光芯片、光模块与传输设备协同设计，完善系统接口和多厂商互通标准，推动光系统从单点技术突破向端到端协同演进。

    围绕高可靠全光连接，中国电信联合产业合作伙伴对路由计算、控制协议、WSS和OTU（Optical Transponder Unit，光传送单元）等环节进行协同优化，构建多节点MESH WSON 50 ms确定性恢复能力，并完成实验室8节点及现网4节点验证，为分布式算力互联提供高可靠的全光连接解决方案。与此同时，中国电信探索将AI通信拓扑映射至城域光层，通过光纤环网、ROADM及OCS构建动态逻辑拓扑，使多个AI数据中心形成城域级智算集群：利用并行波长通道适配AllReduce聚合通信，依托ROADM光直通及动态光连接构建面向All-to-All、MoE（mixture-of-experts，混合专家模型）等多对多通信的低时延Mesh拓扑，使光网络逐步成为计算集群拓扑的一部分。

未来，光计算将推动“传算融合”。通过光电协同、光信号处理及光子AI加速，探索在网络或边缘承担高并行、低功耗计算任务，推动网络功能向“传输—交换—计算”拓展。

    面向高速光网络规模化运营需求，新管控依托数字孪生、AI、智能体，实现从被动运维走向主动感知、智能决策、闭环执行的全生命周期管控。

    从国际发展和产业生态看，光网络管控正由单域自动化，向数字孪生、智能体驱动和跨域协同演进。NTT联合Orange、Telefonica等产业伙伴，开展基于开放接口和数字孪生的Tbit/s级光通道自动配置与多厂商互通验证。在标准化方面，OIF已开展光网络数字孪生和增强型网络操作研究，ITU-T SG15完成ION-2030及GSTR.ENO技术报告，并推进ENO架构等标准化工作。然而，异构设备数据模型不统一、AI决策可靠性不足、跨层跨域接口协同不充分等问题，仍制约智能管控能力规模化应用。未来应加强统一资源模型、开放管控接口及智能化能力评价等标准体系建设，推动多厂商协同和全生命周期智能管控。

    面向AI算力业务，新管控的演进重点将从光网络自身智能化向算网协同智能拓展。通过建立算力业务意图、网络资源状态与光层执行能力之间的协同机制，将模型训练与推理任务对带宽、时延、可靠性及连接拓扑的要求，转化为可执行的网络调度策略，并通过业务质量反馈实现动态优化，推动光连接资源成为算力平台可感知、可调用、可编排的基础能力。