千萬(wàn)IP創(chuàng)科普，共筑科技強(qiáng)國(guó)夢(mèng)。為普及科學(xué)知識(shí)，弘揚(yáng)科學(xué)精神，提高全民科學(xué)文化素質(zhì)，助力實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)，中國(guó)科協(xié)科普部與人民網(wǎng)聯(lián)合策劃推出“見(jiàn)證科技之路”主題報(bào)道，聚焦國(guó)家科技戰(zhàn)略政策、重要科技獎(jiǎng)項(xiàng)、“卡脖子”關(guān)鍵核心技術(shù)等，深入基層一線開(kāi)展采訪調(diào)研，推出一批生動(dòng)鮮活的科普精品，大力弘揚(yáng)科學(xué)家精神，為建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)匯聚磅礴力量。
這里，是中國(guó)光通信的緣起。1976年，趙梓森院士在這里拉出了中國(guó)第一根實(shí)用化光纖。盡管它只有17米，卻衍生出眾多“中國(guó)第一”——中國(guó)第一個(gè)光纖通信系統(tǒng)工程，第一條國(guó)產(chǎn)國(guó)家骨干傳輸干線，第一個(gè)中國(guó)提出、被國(guó)際電聯(lián)采納的IP標(biāo)準(zhǔn)……近日，記者走進(jìn)“中國(guó)光谷”，看荊楚大地上的“逐夢(mèng)追光者”，如何在光與電的交匯中，用智慧和汗水點(diǎn)亮一顆顆科技之星。
突破多芯復(fù)用技術(shù)
為通信光纖發(fā)展鋪路
通信光纖，是人類迄今為止發(fā)明的最迅速、最有效、使用最廣泛的傳輸介質(zhì)之一，全球90%以上的信息通信都是由光纖傳輸?shù)?。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、自動(dòng)駕駛等業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸需求急劇增加。如何進(jìn)一步提高光纖的傳輸容量，滿足日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)傳輸需求，成為當(dāng)前光纖通信技術(shù)研究的核心問(wèn)題。
“傳統(tǒng)單芯光纖的傳輸容量已經(jīng)接近它的香農(nóng)極限，也就是100Tbit/s。如何進(jìn)一步提高光纖的傳輸容量，滿足日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)傳輸需求，是業(yè)界的痛點(diǎn)?！狈榛鹜ㄐ啪€纜產(chǎn)出線光纖研發(fā)部經(jīng)理彭楚宇告訴記者。
在光纖傳輸其他維度已無(wú)法突破的情況下，基于多芯復(fù)用技術(shù)的多芯光纖為提升光纖容量提供了新的方向，實(shí)現(xiàn)在同一根光纖內(nèi)，多個(gè)信號(hào)沿著不同的纖芯獨(dú)立傳輸，就像單車道變多車道，使系統(tǒng)傳輸容量實(shí)現(xiàn)數(shù)量級(jí)的提升。“單芯光纖就是一根光纖包層里面含有一根纖芯，多芯光纖就是一根包層里面同時(shí)含有多根纖芯?！迸沓钫f(shuō)道。
電子顯微鏡下的7芯光纖。受訪者供圖
近年來(lái)，烽火通信科技股份有限公司持續(xù)對(duì)多芯光纖技術(shù)展開(kāi)專項(xiàng)研究，還從應(yīng)用上和規(guī)模產(chǎn)業(yè)化上研究多芯光纖傳輸系統(tǒng)的實(shí)用性，實(shí)現(xiàn)了從核心光纖、關(guān)鍵器件到應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)模產(chǎn)業(yè)化能力，擺脫了核心器件對(duì)國(guó)外的強(qiáng)烈依賴，確保我國(guó)傳輸產(chǎn)業(yè)的安全性和可持續(xù)發(fā)展性。
2023年，烽火通信基于自研19芯單模光纖，實(shí)現(xiàn)了凈傳輸容量3.61Pbit/s的系統(tǒng)傳輸，刷新了單模多芯光纖傳輸容量的世界紀(jì)錄。彭楚宇介紹，3.61Pbit/s相當(dāng)于1秒傳輸451個(gè)1TB的硬盤(pán)，下載約135300部高畫(huà)質(zhì)的電影。
多芯光纖的開(kāi)發(fā)提高了我國(guó)通信技術(shù)國(guó)際領(lǐng)跑能力，帶動(dòng)了超大容量多芯光纖產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同發(fā)展。多芯光纖的應(yīng)用可有效解決通信網(wǎng)絡(luò)面臨的帶寬持續(xù)增長(zhǎng)的壓力問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)容升級(jí)。
攻克一系列“卡脖子”難題
實(shí)現(xiàn)光傳輸芯片技術(shù)向Tb/s級(jí)的首次跨越
在光通信領(lǐng)域，除了多芯光纖技術(shù)在不斷發(fā)展，“中國(guó)芯”也在不斷迭代升級(jí)。自2018年至2021年底，歷經(jīng)三年的不懈努力，科研工作者們攻克了一系列“卡脖子”難題，成功研發(fā)出中國(guó)首款、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的400G相干商用硅光收發(fā)芯片，實(shí)現(xiàn)每秒可傳輸400Gbit的數(shù)據(jù)速率，是前代100G芯片速率的四倍。
時(shí)隔三年，科研團(tuán)隊(duì)再次刷新自身紀(jì)錄，研發(fā)出1.6Tbit/s級(jí)光傳輸芯片，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)光傳輸芯片技術(shù)向Tb/s級(jí)的首次跨越。該芯片是目前業(yè)界處理容量大、集成度高的傳輸芯片。芯片最大處理容量可達(dá)1.6T，集成超100億個(gè)晶體管，可應(yīng)用在匯聚網(wǎng)、骨干網(wǎng)，解決了高端光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備核心芯片“卡脖子”難題。
1.6Tbit/s光傳輸處理芯片。受訪者供圖
“從100G、200G、400G到1.6T，相當(dāng)于高速公路由單車道、雙車道、四車道變成16車道，同時(shí)每個(gè)車道也變寬了。”烽火通信微電子研發(fā)項(xiàng)目經(jīng)理李光瑜介紹。
1.6TFramer芯片的成功研發(fā)，推動(dòng)了400G甚至更高速率網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，以滿足各種新型業(yè)務(wù)不斷發(fā)展和用戶不斷增長(zhǎng)的帶寬需求，進(jìn)一步支持大規(guī)模的云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、5G等業(yè)務(wù)的發(fā)展，賦能數(shù)字中國(guó)建設(shè)。
全自主研發(fā)構(gòu)建5G與F5G“雙千兆”工廠
為生產(chǎn)線植入硬核大腦
在烽火通信的數(shù)字工廠內(nèi)，生產(chǎn)熱火朝天，卻少見(jiàn)人影。取而代之的AGV機(jī)器人在廠內(nèi)靈活穿梭，十余條高水平自動(dòng)化生產(chǎn)線開(kāi)足馬力。
“在我們的工廠中會(huì)有大量的類似AGV的自動(dòng)化設(shè)備，它每時(shí)每刻都在產(chǎn)生各種各樣的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)每時(shí)每刻都需要在我們的設(shè)備和后端服務(wù)器之間進(jìn)行交互，每天大概有至少3億條數(shù)據(jù)在我們的工廠管理系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行不斷產(chǎn)生和流轉(zhuǎn)。”烽火通信線纜產(chǎn)出線光纜智能制造專項(xiàng)經(jīng)理肖昌云介紹，如何確保這些數(shù)據(jù)不遺漏、高效可靠地傳到后端系統(tǒng)，來(lái)支撐相應(yīng)的業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)就很關(guān)鍵?！拔覀冃枰粡埲萘看蟆⑺俣瓤?、可靠性高的網(wǎng)絡(luò)，我們就選擇了用5G來(lái)替代傳統(tǒng)的WiFi網(wǎng)絡(luò)，用F5G替代傳統(tǒng)的以太網(wǎng)絡(luò)?！?/p>
烽火通信數(shù)字工廠。受訪者供圖
烽火通信在業(yè)內(nèi)完成了首個(gè)全自主研發(fā)的5G與F5G“雙千兆”工廠構(gòu)建，為光通信技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用普及做出了積極探索?！霸谏?jí)改造中，我們優(yōu)化了超過(guò)40個(gè)業(yè)務(wù)模塊、100多個(gè)流程，消除了30多個(gè)業(yè)務(wù)斷點(diǎn)，將系統(tǒng)間數(shù)據(jù)流動(dòng)的效率提升了30%。數(shù)字化改造后，產(chǎn)品制造效率提升了20%，人工成本降低了14%，凈利潤(rùn)增加了10%。”肖昌云說(shuō)道。
在湖北武漢的這座“中國(guó)光谷”里，成千上萬(wàn)的科技工作者憑借不懈的努力和非凡的創(chuàng)新精神，在光通信領(lǐng)域取得了舉世矚目的成就，不僅點(diǎn)亮了人類探索宇宙的明燈，也照亮了中國(guó)光通信的前行之路。
