千万IP创科普，共筑科技强国梦。为普及科学知识，弘扬科学精神，提高全民科学文化素质，助力实现高水平科技自立自强，中国科协科普部与人民网联合策划推出“见证科技之路”主题报道，聚焦国家科技战略政策、重要科技奖项、“卡脖子”关键核心技术等，深入基层一线开展采访调研，推出一批生动鲜活的科普精品，大力弘扬科学家精神，为建设科技强国汇聚磅礴力量。
这里，是(shi)中(zhong)(zhong)国(guo)光(guang)(guang)通信的(de)缘(yuan)起。1976年，赵(zhao)梓森(sen)院士(shi)在(zai)这里拉出了中(zhong)(zhong)国(guo)第(di)一(yi)根实用化光(guang)(guang)纤。尽管它只有17米，却衍生出众多“中(zhong)(zhong)国(guo)第(di)一(yi)”——中(zhong)(zhong)国(guo)第(di)一(yi)个光(guang)(guang)纤通信系统(tong)工程，第(di)一(yi)条国(guo)产国(guo)家骨干(gan)(gan)传(chuan)输干(gan)(gan)线，第(di)一(yi)个中(zhong)(zhong)国(guo)提出、被(bei)国(guo)际(ji)电(dian)联采纳的(de)IP标准……近日，记(ji)者走进“中(zhong)(zhong)国(guo)光(guang)(guang)谷(gu)”，看荆楚(chu)大地上的(de)“逐梦追光(guang)(guang)者”，如何在(zai)光(guang)(guang)与电(dian)的(de)交汇中(zhong)(zhong)，用智慧和汗水点(dian)亮(liang)一(yi)颗颗科技之(zhi)星。
突破多芯复用技术
为通信光纤发展铺路
通信光纤，是人类迄今为止发明的最迅速、最有效、使用最广泛的传输介质之一，全球90%以上的信息通信都是由光纤传输的。随着工业互联网、云计算、自动驾驶等业务的快速发展，数据传输需求急剧增加。如何进一步提高光纤的传输容量，满足日益增长的数据传输需求，成为当前光纤通信技术研究的核心问题。
“传统单芯光纤的传输容量已经接近它的香农极限，也就是100Tbit/s。如何进一步提高光纤的传输容量，满足日益增长的数据传输需求，是业界的痛点。”烽火通信线缆产出线光纤研发部经理彭楚宇告诉记者。
在光(guang)(guang)(guang)纤(xian)(xian)传输其他维度已无法突破(po)的(de)情况下，基(ji)于多(duo)芯(xin)(xin)复用技术的(de)多(duo)芯(xin)(xin)光(guang)(guang)(guang)纤(xian)(xian)为提升(sheng)(sheng)光(guang)(guang)(guang)纤(xian)(xian)容(rong)量(liang)提供了新的(de)方向(xiang)，实现(xian)在同一(yi)根(gen)光(guang)(guang)(guang)纤(xian)(xian)内，多(duo)个(ge)信号沿着不同的(de)纤(xian)(xian)芯(xin)(xin)独(du)立传输，就(jiu)像单车道(dao)变多(duo)车道(dao)，使系统传输容(rong)量(liang)实现(xian)数量(liang)级的(de)提升(sheng)(sheng)。“单芯(xin)(xin)光(guang)(guang)(guang)纤(xian)(xian)就(jiu)是(shi)一(yi)根(gen)光(guang)(guang)(guang)纤(xian)(xian)包层(ceng)里(li)面含(han)有一(yi)根(gen)纤(xian)(xian)芯(xin)(xin)，多(duo)芯(xin)(xin)光(guang)(guang)(guang)纤(xian)(xian)就(jiu)是(shi)一(yi)根(gen)包层(ceng)里(li)面同时含(han)有多(duo)根(gen)纤(xian)(xian)芯(xin)(xin)。”彭楚宇说道(dao)。
电子(zi)显微镜(jing)下的7芯光纤(xian)。受访者供图(tu)
近(jin)年来(lai)，烽火通信科技(ji)股(gu)份(fen)有限公司持续对多芯光纤技(ji)术展开(kai)专项(xiang)研究(jiu)，还从应用上和(he)规模(mo)产业(ye)化上研究(jiu)多芯光纤传输系统(tong)的实用性(xing)，实现了(le)(le)从核心光纤、关键(jian)器(qi)件(jian)(jian)到应用系统(tong)的规模(mo)产业(ye)化能力(li)，摆脱了(le)(le)核心器(qi)件(jian)(jian)对国(guo)外的强烈依赖，确保我(wo)国(guo)传输产业(ye)的安(an)全性(xing)和(he)可持续发展性(xing)。
2023年，烽火通信(xin)基于(yu)自研19芯(xin)单模光纤(xian)，实(shi)现了(le)净传(chuan)输容量3.61Pbit/s的(de)(de)系(xi)统传(chuan)输，刷新了(le)单模多芯(xin)光纤(xian)传(chuan)输容量的(de)(de)世界纪(ji)录。彭楚宇介绍，3.61Pbit/s相当于(yu)1秒传(chuan)输451个1TB的(de)(de)硬盘，下载约135300部高画质的(de)(de)电影。
多(duo)芯(xin)光(guang)纤的(de)开发(fa)提(ti)高了(le)我国通(tong)信技术国际领跑能(neng)力(li)，带动了(le)超大容量多(duo)芯(xin)光(guang)纤产(chan)业链的(de)协同发(fa)展。多(duo)芯(xin)光(guang)纤的(de)应用(yong)可有效(xiao)解决通(tong)信网络面临的(de)带宽持续增(zeng)长的(de)压(ya)力(li)问题，实现系统扩容升级。
攻克一系列“卡脖子(zi)”难题
实现光传输芯片(pian)技术向Tb/s级的首次跨越
在光(guang)(guang)通信(xin)领域，除了多芯(xin)(xin)光(guang)(guang)纤技(ji)术在不(bu)断发(fa)展，“中(zhong)国芯(xin)(xin)”也在不(bu)断迭代(dai)升(sheng)级。自(zi)2018年(nian)至(zhi)2021年(nian)底，历经三年(nian)的(de)(de)不(bu)懈努力(li)，科研(yan)工作者们攻克(ke)了一系列“卡(ka)脖子(zi)”难题(ti)，成功(gong)研(yan)发(fa)出中(zhong)国首款、拥有自(zi)主知识产权(quan)的(de)(de)400G相干商用硅光(guang)(guang)收发(fa)芯(xin)(xin)片，实(shi)现每秒可传输(shu)400Gbit的(de)(de)数据速率，是前代(dai)100G芯(xin)(xin)片速率的(de)(de)四倍(bei)。
时隔三年，科研团队再(zai)次刷(shua)新自身纪录，研发出1.6Tbit/s级光传输(shu)芯(xin)片(pian)，实现了(le)我国光传输(shu)芯(xin)片(pian)技术向(xiang)Tb/s级的首次跨越。该(gai)芯(xin)片(pian)是目前业界处理(li)容(rong)量(liang)(liang)大(da)、集成度高的传输(shu)芯(xin)片(pian)。芯(xin)片(pian)最大(da)处理(li)容(rong)量(liang)(liang)可达(da)1.6T，集成超100亿(yi)个(ge)晶体管(guan)，可应用在汇聚网(wang)、骨干网(wang)，解决了(le)高端光网(wang)络设(she)备核心芯(xin)片(pian)“卡脖子(zi)”难题。
1.6Tbit/s光传输处(chu)理芯(xin)片。受访者(zhe)供图
“从100G、200G、400G到1.6T，相当于高速公路由单车道、双车道、四车道变成16车道，同时每个车道也变宽了。”烽火通信微电子研发项目经理李光瑜介绍。
1.6TFramer芯片的成功研发，推动了400G甚至更高速率网络的建设，以满足各种新型业务不断发展和用户不断增长的带宽需求，进一步支持大规模的云计算、物联网、5G等业务的发展，赋能数字中国建设。
全自主研(yan)发构建5G与F5G“双千兆”工(gong)厂(chang)
为生产线植入硬核大(da)脑(nao)
在烽火通信的(de)数字工厂(chang)内，生产热(re)火朝天，却少见(jian)人(ren)(ren)影。取而(er)代之的(de)AGV机器人(ren)(ren)在厂(chang)内灵活穿梭(suo)，十余(yu)条高水(shui)平(ping)自动化生产线(xian)开足(zu)马(ma)力(li)。
“在我们(men)的工厂(chang)中会有大(da)量的类似AGV的自(zi)动(dong)化设(she)备(bei)(bei)，它每(mei)时(shi)每(mei)刻都(dou)在产(chan)生各种(zhong)各样的数(shu)据，这(zhei)些数(shu)据每(mei)时(shi)每(mei)刻都(dou)需(xu)要(yao)在我们(men)的设(she)备(bei)(bei)和后端服务(wu)器之间进(jin)行交互，每(mei)天大(da)概有至少(shao)3亿条数(shu)据在我们(men)的工厂(chang)管理(li)系(xi)统(tong)和现场进(jin)行不断产(chan)生和流转。”烽火(huo)通信线缆产(chan)出(chu)线光缆智能(neng)制造专项经理(li)肖昌云介绍，如何(he)确保这(zhei)些数(shu)据不遗漏、高效可靠(kao)地(di)传到后端系(xi)统(tong)，来支撑相应的业务(wu)，网(wang)(wang)络就很关键。“我们(men)需(xu)要(yao)一张容量大(da)、速度(du)快(kuai)、可靠(kao)性(xing)高的网(wang)(wang)络，我们(men)就选(xuan)择(ze)了用5G来替(ti)代传统(tong)的WiFi网(wang)(wang)络，用F5G替(ti)代传统(tong)的以太网(wang)(wang)络。”
烽火通(tong)信数字(zi)工厂。受访者供图
烽火通信在(zai)业(ye)内完成了(le)(le)首个全自(zi)主研发的(de)(de)(de)5G与F5G“双千兆(zhao)”工(gong)厂构建，为光通信技术(shu)在(zai)工(gong)业(ye)领(ling)域(yu)的(de)(de)(de)应用普及做出了(le)(le)积极探索。“在(zai)升(sheng)级改造(zao)中，我们优化(hua)了(le)(le)超过(guo)40个业(ye)务(wu)模(mo)块、100多个流程，消除了(le)(le)30多个业(ye)务(wu)断点(dian)，将(jiang)系(xi)统(tong)间数据流动的(de)(de)(de)效率提(ti)(ti)升(sheng)了(le)(le)30%。数字化(hua)改造(zao)后(hou)，产品制造(zao)效率提(ti)(ti)升(sheng)了(le)(le)20%，人工(gong)成本降低(di)了(le)(le)14%，净(jing)利润增加了(le)(le)10%。”肖昌云说道。
在(zai)湖(hu)北武汉(han)的这(zhei)座“中(zhong)国光谷”里，成千上万的科(ke)技工作者凭(ping)借不懈的努力和非凡(fan)的创新精神(shen)，在(zai)光通(tong)信领域取得了(le)举世瞩目的成就，不仅点亮(liang)了(le)人类探索宇(yu)宙的明(ming)灯(deng)，也照亮(liang)了(le)中(zhong)国光通(tong)信的前行之路。
