近年來人工智能技術(shù)和應(yīng)用發(fā)展迅猛，越來越多的企業(yè)和個人期待能夠隨時隨地接入AI應(yīng)用，面向特定行業(yè)、特定場景的AI大模型也在加速開發(fā)，這對AI算力的供應(yīng)和分發(fā)能力提出了巨大挑戰(zhàn)。ICT產(chǎn)業(yè)給出的對策是打造高品質(zhì)的運力網(wǎng)絡(luò)，把分布各地的算力中心連接起來，協(xié)同調(diào)度，共同服務(wù)于社會經(jīng)濟的數(shù)字化、智能化發(fā)展需求。

面對全社會蓬勃興起的智算浪潮，如何構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)體系才能充分滿足市場需求？近日在鄭州舉行的“2024中國算力大會·全光品質(zhì)運力”論壇上，中國信息通信研究院發(fā)布了《算力時代全光網(wǎng)架構(gòu)研究報告(2024年)》，報告中分析了國內(nèi)外全光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求趨勢，并從用戶入算網(wǎng)絡(luò)（DCA）、數(shù)據(jù)中心互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（DCI）、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)（DCN）、智能管控平臺等幾個方面總結(jié)提出全光運力的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)體系，總結(jié)明確了算力時代的全光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向，并對未來應(yīng)用場景做出展望。

發(fā)布儀式圖 來源：中國信通院

需求驅(qū)動、政策引領(lǐng)：全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新不斷提速

伴隨數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展，高品質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的重要性備受關(guān)注，世界主要國家和地區(qū)都在持續(xù)推進全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新。比如歐盟2021年發(fā)布了“2030數(shù)字羅盤”計劃，新加坡在2023年發(fā)布了“數(shù)字聯(lián)接藍(lán)圖”，中國在2023年提出“算力基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量發(fā)展行動計劃”等等，提出以產(chǎn)業(yè)政策、科研計劃、發(fā)展藍(lán)圖等形式鼓勵光纖通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，為社會提供高品質(zhì)算力聯(lián)接和應(yīng)用。作為具體的行動，各國紛紛組織科研機構(gòu)和企業(yè)聯(lián)合探索面向算力時代的光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新，包括美國ESnet6、中國CENI、歐盟GéANT、日本NTT牽頭的IOWN全球聯(lián)盟等，開發(fā)超高速率、超大容量、靈活調(diào)度和綠色節(jié)能的先進網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

《算力時代全光網(wǎng)架構(gòu)研究報告(2024年)》中指出，截至2024年7月底，中國固網(wǎng)寬帶用戶總數(shù)達(dá)6.56億戶，其中1.9億戶使用了千兆及以上套餐，比2023年末凈增2684萬。在高速率套餐用戶持續(xù)增長的拉動下，中國家庭戶均接入帶寬達(dá)491.5Mbps，同比增長了16.6%，北京、上海等19個省市已在2024年推出了萬兆家寬產(chǎn)品。據(jù)統(tǒng)計，目前全球共有超過50家運營商提供萬兆光纖寬帶服務(wù)。與此同時，學(xué)校、醫(yī)院、企業(yè)園區(qū)等場所的寬帶需求也在向10G乃至20G、100G增長，采用全光萬兆網(wǎng)絡(luò)的智慧工廠也越來越多，這一切都表明，新一代全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有扎實的現(xiàn)實應(yīng)用需求和廣闊的市場前景。

《算力時代全光網(wǎng)架構(gòu)研究報告（2024年）》 來源：中國信通院

四大發(fā)展特征

針對算力時代下企業(yè)及家庭對算力的需求增長，全光網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)主要從四個方面發(fā)力。

首先是高品質(zhì)聯(lián)云入算，智慧家庭、智慧園區(qū)、制造業(yè)智慧化改造等都在把數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)應(yīng)用向云端遷移，同時高品質(zhì)網(wǎng)絡(luò)把算力送到人們身邊。

其次是低時延城市算力互聯(lián)，金融行業(yè)、多云互聯(lián)、實時云服務(wù)等都要求低時延響應(yīng)，因此城域1毫秒時延圈逐漸成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的必選項。英國運營商為了向證券教育機構(gòu)提供超低時延網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，在2022年專門鋪設(shè)了光纖系統(tǒng)，把金融行業(yè)的數(shù)據(jù)傳輸時延降到了微秒級。應(yīng)用越來越廣的汽車自動駕駛、AI推理應(yīng)用、企業(yè)視頻會議等都離不開云服務(wù)，而要想獲得更好、更自然的業(yè)務(wù)體驗，50公里范圍內(nèi)網(wǎng)絡(luò)單向時延應(yīng)控制在1毫秒以內(nèi)。

三是要為算力樞紐間互聯(lián)打造高速可靠的全光底座，從而使得全國各地的用戶都能隨時接入大型智算數(shù)據(jù)中心的資源，訓(xùn)練、使用自己的AI大模型。如今基礎(chǔ)AI大模型參數(shù)量正在從千億邁向萬億，對超大規(guī)模算力需求也在急劇增長，單個數(shù)據(jù)中心集群無論算力還是電力，都已不敷使用，這就需要多數(shù)據(jù)中心協(xié)同訓(xùn)練的分布式智算集群部署方案。全球領(lǐng)先國家的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)有效帶動了400G/800G高速光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和商用，目前國內(nèi)樞紐中心的出局總帶寬規(guī)劃都在100Tbps以上，部分節(jié)點帶寬已經(jīng)超過300Tbps。

四是為網(wǎng)絡(luò)賦予智能化調(diào)度能力，通過算網(wǎng)資源的智能化統(tǒng)一編排調(diào)度，向全社會提供方便、高效的智算服務(wù)。全光網(wǎng)絡(luò)長在向下深度整合算網(wǎng)的全域資源，向上全面支撐多樣化算網(wǎng)融合業(yè)務(wù)運營，利用AI大模型和大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)算網(wǎng)資源的一體化編排、智能調(diào)度、精細(xì)管理及高效運維，為各個領(lǐng)域的AI智算應(yīng)用提供扎實的基礎(chǔ)。

全光網(wǎng)目標(biāo)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)

《算力時代全光網(wǎng)架構(gòu)研究報告(2024年)》指出，算力時代的全光網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)無所不達(dá)、算力無所不在、智能無所不及，讓算力像水、電、燃?xì)庖粯樱耙稽c接入、即取即用”。從這個目標(biāo)出發(fā)，全光網(wǎng)大致可以分為算力接入網(wǎng)絡(luò)（DCA）、算間互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（DCI）、數(shù)據(jù)中心內(nèi)網(wǎng)絡(luò)（DCN）、算網(wǎng)統(tǒng)一編排系統(tǒng)和全光網(wǎng)管控系統(tǒng)、算力管控平臺四部分。

算力接入網(wǎng)絡(luò)（DCA）將綜合運用50G-PON、FTTR、Wi-Fi等多種技術(shù)實現(xiàn)萬兆及以上的大帶寬入，實現(xiàn)“全光入算”、“以網(wǎng)促算”，方便千行百業(yè)快速靈活入算。其中50G-PON可實現(xiàn)住宅、園區(qū)等全光接入，F(xiàn)TTR+Wi-Fi可以實現(xiàn)全屋千兆、萬兆以上覆蓋，多種技術(shù)相互配合可以提供泛在萬兆接入。

算間互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（DCI）將通過全光數(shù)據(jù)中心互聯(lián)技術(shù)，實現(xiàn)單纖百T的多層次數(shù)據(jù)中心間高效全光聯(lián)接。通過全光網(wǎng)絡(luò)串起分布式智算中心集群，不但協(xié)同調(diào)度所有在網(wǎng)算力來應(yīng)對更高算力訴求，還可以有效緩解單一數(shù)據(jù)中心算力發(fā)展的壓力，支持客戶就近入算。

數(shù)據(jù)中心內(nèi)網(wǎng)絡(luò)（DCN）將引入全光交叉調(diào)度技術(shù)，以光電融合組網(wǎng)和光電智能運維等方式提升數(shù)據(jù)中心的算力使用效率。

算網(wǎng)統(tǒng)一編排系統(tǒng)和全光網(wǎng)管控系統(tǒng)、算力管控平臺構(gòu)成了“算網(wǎng)大腦”，通過多維信息智能感知、光電協(xié)同調(diào)度、業(yè)務(wù)質(zhì)差識別等技術(shù)提高網(wǎng)絡(luò)調(diào)度效率，實現(xiàn)靈活一體的端到端智能化管控。要建設(shè)高質(zhì)量的“算網(wǎng)大腦”，一方面需要增強網(wǎng)與算的聯(lián)動，通過實時評估算網(wǎng)資源利用情況來優(yōu)化資源的協(xié)同編排，真正做到“一點接入、即取即用”；另一方面需要增強光網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)感知和保護協(xié)同能力，提升算網(wǎng)的可靠性、安全性。

社會經(jīng)濟和各行各業(yè)的智能化是大勢所趨，由此帶來的網(wǎng)絡(luò)和算力需求也將持續(xù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，因此面向算力時代的全光網(wǎng)絡(luò)需要提前布局謀劃、持續(xù)投入。為保障行業(yè)智能化和算力經(jīng)濟的順利進行，《算力時代全光網(wǎng)架構(gòu)研究報告(2024年)》建議產(chǎn)業(yè)鏈各方密切協(xié)同，合作推進相關(guān)技術(shù)研究、標(biāo)準(zhǔn)制定、試點驗證等工作，促使全光網(wǎng)不斷向著超大帶寬、廣域無損傳輸、確定性低時延、算網(wǎng)智能協(xié)同等方向演進，為千行百業(yè)的數(shù)智化轉(zhuǎn)型提供堅強支撐。