算力時代全光網(wǎng)架構研究報告（2024年）

版權聲明本報告版權屬于中國信息通信研究院，并受法律保護。轉載、摘編或利用其它方式使用本報告文字或者觀點的，應注明“來源：中國信息通信研究院”。違反上述聲明者，本院將追究其相關法律責任。AI在千行百業(yè)中的融合應用日益豐富，企業(yè)及家庭用戶對算力資源的需求快速增長，數(shù)字經(jīng)濟已進入以人工智能+算力為核心生產(chǎn)力要提出算力時代的全光網(wǎng)目標架構和關鍵技術體系：一是通過全光三是通過光電融合DCN（數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡）助力提高算力資源利用效 2 3 7(三)樞紐間算力互聯(lián)，構筑高速可靠全光底座 8 10 12 17 22 25 6 4 5 71一、算力時代全光網(wǎng)高質量創(chuàng)新發(fā)展的創(chuàng)新型光和無線網(wǎng)絡（IOWN）全球聯(lián)盟并推動建設全光子網(wǎng)絡2“4+N+31+X”的算力網(wǎng)絡總體布局，發(fā)布九州算力光網(wǎng)目標網(wǎng)架構，實現(xiàn)全球首個400G全光骨干傳送網(wǎng)規(guī)模商用，持續(xù)深化三級低時延算力服務圈，暢通“東數(shù)西算”大動脈。中國據(jù)中心優(yōu)化網(wǎng)絡結構，近期啟動骨干400GROADM設備集采，構建“四區(qū)六軸八樞紐多通道”的低時延骨干光網(wǎng)能的高品質連接，賦能人工智能+時代高質量發(fā)二、算力時代全光網(wǎng)發(fā)展的四大特征3（一）高品質聯(lián)云入算，開啟萬兆光網(wǎng)接入時代政府于2023年發(fā)布“數(shù)字聯(lián)接藍圖（DCB）?,提出五年內實現(xiàn)國內網(wǎng)服務提供商（ISP）提供大容量骨干網(wǎng)和云服務平臺，實現(xiàn)遠程工41．智慧家庭超千兆網(wǎng)絡需求≥17365≥270≥540淺壓縮云游戲≥800≥1600////≥1000////////≤150≥49502．智慧園區(qū)萬兆網(wǎng)絡需求當前普教類中小學出口帶寬在500~1Gbps4XR（8K）63．智慧工廠萬兆網(wǎng)絡需求AI算力向制造行業(yè)邊緣延伸，推動萬兆工業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡建設。智GE到信息點位高清3D檢測邊緣算力中心AI質檢分析邊緣算力中心AI質檢分析OTN核心交換機雙發(fā)選收OLT雙發(fā)選收分光器雙10GE光鏈路發(fā)動機曲軸檢測導熱墊檢測表面缺陷檢查ONU智慧汽車工廠控制中心7AI質檢分析及數(shù)控精準控制等需要滿足實時強交互要求，網(wǎng)絡時延~1250Mbps~10Mb/s~500Mb/s~100Mb/s0（二）城市內算力互聯(lián)，打造1ms全光接入時延圈8（三）樞紐間算力互聯(lián)，構筑高速可靠全光底座萬億級參數(shù)大模型訓練推動部署分布式智算集群方案。隨著AI9據(jù)中心間互聯(lián)帶寬需求，初期按照10%規(guī)劃互聯(lián)帶寬將達到京電信分公司和中國電信研究院聯(lián)合在現(xiàn)網(wǎng)完成智算長距無損互聯(lián)（四）網(wǎng)絡智能化調度，使能算網(wǎng)高效協(xié)同發(fā)展三、算力時代全光網(wǎng)目標架構和關鍵技術（一）算力時代全光網(wǎng)目標架構示，由四部分組成：一是算力接入網(wǎng)絡（DCA入算帶寬將演進到萬兆及以上，并方便千行百業(yè)快速靈活入算；二是算間互聯(lián)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)中心內網(wǎng)絡（DCN通過引入全光交叉調度技術優(yōu)化光電融合算力管理平臺算網(wǎng)統(tǒng)一編排系統(tǒng)算力管理平臺算網(wǎng)統(tǒng)一編排系統(tǒng)樞紐算力全光網(wǎng)管控系統(tǒng)樞紐算力全光網(wǎng)管控系統(tǒng)樞紐算力樞紐算力全光算力錨點邊緣算力FTTR樞紐算力個人省級算力全光算力錨點邊緣算力FTTR樞紐算力個人省級算力立體全光組網(wǎng)家庭OXC交換立體全光組網(wǎng)家庭OXC交換FTTO50GPON中小企業(yè)P2P/P2MP大型企業(yè)<><>DCI聯(lián)算 DCA入算FTTO50GPON中小企業(yè)P2P/P2MP大型企業(yè)<><>DCI聯(lián)算 DCA入算<<>全光算力網(wǎng)關力應用的時延體驗最低。面向家庭及企業(yè)園區(qū)等用戶，可采用1．家庭園區(qū)萬兆全光入算務終端的光和無線融合接入無縫便捷覆蓋，需應用新一代50G-PON的電信級網(wǎng)絡優(yōu)勢，是構建家庭和企業(yè)高質量信息基礎設施的關鍵。WWW互聯(lián)網(wǎng)CRWWW互聯(lián)網(wǎng)CRIP城域網(wǎng)IP城域網(wǎng)云主機上邊緣云池家庭云游戲交換機 上網(wǎng)業(yè)務ONT云主機上邊緣云池家庭云游戲交換機 上網(wǎng)業(yè)務全光算力網(wǎng)關全光算力網(wǎng)關TORPPPoEL2橋接分流OTN網(wǎng)絡云主機云主機TOR 入算業(yè)務端到端二層網(wǎng)絡同用戶間相互隔離，保障用戶和用戶之間的隱私的二層連接，實現(xiàn)云游戲等業(yè)務在不同家庭用戶間的網(wǎng)絡地址轉換OTN提供確定性網(wǎng)絡體驗：從OLT到全光算力網(wǎng)關之間采用OTN硬管道實現(xiàn)業(yè)務隔離，光網(wǎng)絡為用戶到邊緣算力資源構建端到2．中小企業(yè)便捷一跳入算業(yè)務感知算力管理平臺算網(wǎng)統(tǒng)一編排系統(tǒng)業(yè)務感知算力管理平臺算網(wǎng)統(tǒng)一編排系統(tǒng)>全光網(wǎng)管控系統(tǒng)>全光網(wǎng)管控系統(tǒng)OTNOTN帶寬調整邊緣云池小微企業(yè)企業(yè)OLT全光算力網(wǎng)關OTN網(wǎng)絡GPU設計/動漫/數(shù)字人等云主機P2MP全光算力錨點邊緣云池小微企業(yè)企業(yè)OLT全光算力網(wǎng)關OTN網(wǎng)絡GPU設計/動漫/數(shù)字人等云主機P2MP全光算力錨點排系統(tǒng)進行算力資源分配和管道拆建，算力平臺驅動設備建立/刪除OTN管道和算力分配，達到算網(wǎng)同開同停。同時感知用戶資源使用3．大企業(yè)高品質專線入算業(yè)務受理 >算網(wǎng)統(tǒng)一編排系統(tǒng)業(yè)務受理 >算網(wǎng)統(tǒng)一編排系統(tǒng) 全光網(wǎng)管控系統(tǒng)算力管理平臺業(yè)務自動發(fā)放業(yè)務自動發(fā)放OTNOTN省級/樞紐OTNOTN省級/樞紐算力DCGW客戶客戶OTNCPEOTNOTNOTNDCGW跨節(jié)點保護OTNCPEOTNOTNOTNDCGW全光算力錨點全光算力網(wǎng)關全光算力錨點全光算力網(wǎng)關VLAN#1VLANVLAN#1VLAN#2云光管道預配置云池預連接端到端云光專線業(yè)務（EoS/EoO/EoOSU）（三）以網(wǎng)強算，全光DCI實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心高1．樞紐算力：實現(xiàn)大帶寬動態(tài)立體調度可達圈1可達圈2故障2電層保護倒換線路板線路板支路板線路線路板線路板支路板線路板線路板支路板WSON恢復路由支路板線路板線線路板線路板故障1故障1電層保護倒換故障1電層保護倒換線線路板線路板故障2WSON恢復路由故障2故障22．省級算力：扁平化光電聯(lián)動高效組網(wǎng)業(yè)務請求自動調測全光網(wǎng)管控系統(tǒng)自動調測光參算路光參算路光電協(xié)同業(yè)務建立端到端業(yè)務調測支路線路線路線路支路線路線路線路支路線路線路線路支路線路線路線路<<<OCh<OCh1~n<><><>OSU/fgOTN/ODU>OCh1~n>>>3．城市算力：打造算力接入1ms時延圈全光交換網(wǎng)絡助力構建城市算力接入1m城市算力城市算力城市算力城市算力城域核心入算城域匯聚入算城域匯聚制造企業(yè)金融制造企業(yè)城域匯聚引入低成本ROADM實現(xiàn)全光業(yè)務一跳直達。當前聚接入層，實現(xiàn)城域全光調度，波長級業(yè)務一跳直達，小顆粒接入環(huán)上聯(lián)一個匯聚節(jié)點并共享一組WSS，降低設備空間、功耗和長，實現(xiàn)多個環(huán)間波長共享，支持波道間隔靈（四）以網(wǎng)補算，光電融合DCN助力突破算力瓶頸1．光電融合組網(wǎng)，優(yōu)化拓撲提升集合通信性能入服務器的數(shù)量和接口最高速率，可能導致新建的物理分區(qū)（POD）OXC光交換ServerServerServerServerServerServerServerServer…的高速以太網(wǎng)交換機實現(xiàn)光電混合組網(wǎng)，可滿足百OXC光交換ServerServerServerServerServerServerServerServer…DCN管控系統(tǒng)DCN數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡PODOXCDCN數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡PODOXC光交換POD…2．光電智能運維，提升可靠性優(yōu)化AI訓練效率換機與光模塊的通信管理是通過通用管控接口規(guī)范（CMIS）協(xié)議實通過CMIS協(xié)議實現(xiàn)對光模塊的配置、監(jiān)控和管理。數(shù)字診斷監(jiān)控性能優(yōu)化能力。例如，當光模塊的環(huán)境參數(shù)超出規(guī)定標準范圍時，（五）靈活一體調度的智能管控平臺度，升級到網(wǎng)+算的協(xié)同調度，一方面需要增強網(wǎng)與算的聯(lián)動，通過1．多維信息智能感知，支持算網(wǎng)靈活編排全光網(wǎng)管控系統(tǒng)可以從算網(wǎng)編排系統(tǒng)獲取算力資源信息和業(yè)務識別信息，未來具備智能感知用戶業(yè)務流量特征和算力資算網(wǎng)編排系統(tǒng)業(yè)務SLA配置時延、帶寬、可靠性、丟包率算網(wǎng)編排系統(tǒng)業(yè)務SLA