宽带网络是整个光纤通信网络的重要组成部分,且其技术仍在不断发展。目前家庭中已普遍使用千兆网络,开始向万兆发展。宽带网络给生活带来很多便利,如网上购物、会议、工作、学习、就医等。若将宽带接入技术应用到垂直行业,可解决更多问题。而垂直行业与家庭应用不同,其覆盖范围很广,例如应用在汽车制造厂就需要将整个车间都实施自动化控制,这对带宽的要求很高。目前工信部和各运营商都在积极推广,在医疗、石油、制造、汽车等领域都有很好的效果。未来随着宽带网络进一步发展,将加速推进工业 5.0 的建设,将有更多创新应用场景。
今年在展会现场,我们看到了包括长飞在内的很多企业都在积极拓展新兴领域,如车载、医疗、能源、消费电子、人工智能等。
随着新能源汽车的发展,为了适应大数据传输需求,车内通信正逐步以车载光纤取代铜线;而光纤其他应用还包括光纤传感器用于监测电池状态、光纤激光雷达用于车辆感知及导航、石英光纤是非常高发光效率及低成本的车内饰材料等等。
另一方面,光联接是AI基础设施的关键组成部分,ChatGPT带火了AI应用,使得AI大模型不断升级换代,所产生的数据量和对算力的需求量都进入高峰。在这场技术革命的浪潮中,光通信因其高速、稳定、大容量的特性成为支撑数据传输的关键所在,如在数据中心使用的空芯光纤、多芯光纤及长途干线使用的G.654.E等光纤,实际上都为AI超高速、超低时延、超高效率、超大容量提供保障。不仅如此,光纤光缆、光器件、高速光模块等产品都可以为智算中心提供坚实的算力底座。
首先从通信技术升级方面来说,国内骨干网在线年限已超20年,按设计使用年限需逐步替换。2024年是400G长距离传输商用元年,这一技术被产业界普遍认为是引领骨干传输网的下一个技术迭代,预计持续10年。400G甚至800G需要更好的光纤基础网络支撑,新型光纤如G.654.E、C+L波段等会有更大需求。
其次,2021年初开启信号升格专项行动,指出到2025年年底,超过12万个重点场所要实现移动网络深度覆盖,3万公里铁路、200条地铁线路要实现移动网络连续覆盖。5G网络深度覆盖和广度持续完善,5G流量占比显著提升,对光通信系统的需求将急剧增加,推动了光纤、宽带技术的持续升级。
光模块近期增长来自于AI。在通信领域,第五代移动通信已发展,第六代移动通信也已启动研发。5G是光联万物,6G是通感一体,无论在AI还是移动通信,未来需要光连接、需要光通讯的领域,都在为光模块行业带来机遇,且会持续带来增长。但往往机遇与挑战并存,包括速率、功耗、不同的温湿度环境等对产品技术开发都有挑战。机遇促进产业发展的同时带来更高速产品的需求,如AI集群中800G产品已经开始应用,接下来1.6T的产品也很快会投入使用,那么未来,3.2T等更高速率的产品研发就是需要面临的挑战。
而产品工作环境也在发生变化,在产品研发过程中需要考虑如何在不同的工作环境中的使用。例如随着AI集群功耗越来越高,当单机柜功率密度超过30千瓦时,现有的机房风冷散热就无法解决问题,需要用液冷散热。这时整个机房的解决方案都要有所调整,包括光模块在内的产品都要能适应液冷环境。
同时,在全球化环境中有诸多不确定性,可能对产业供应体系造成不稳定因素。如何在产品生产、研发及供应过程中保证有稳定的供应体系也是企业需要面临的挑战,所以更深入的合作是相当重要的。
光电集成电路面临的第一个挑战是光与电集成。光通常用三五族化合物材料制作,电用硅基材料制作,将不同材料的光、电集成是巨大挑战。第二个挑战是光电器件尺寸及能耗问题。光电器件通常较大,微电子器件非常小,如今大参数学习的计算机能耗几十兆瓦,这需要把光子器件做得更小、更高速且更低能耗。具体到国内,由于历史发展原因,光电关键元器件技术方面滞后,元器件创新和前端研究不足是国内面临的挑战之一;另外,国内光电子设备关键设备在普遍性、规模性方面与欧美日相比差距较大。
光电集成与智能时代关系非常紧密,近几年越来越火的人工智能、AR、VR等技术中光电身影都随处可见。比如AR、VR、3D成像及显示等需要光电子器件,半导体激光器及探测器等是手机人脸识别等的关键核心器件。同时,在大数据、人工智能等应用中光电技术必不可少,如英伟达计算芯片中会使用到光电收发、光电转换、光互联等,而在高速光互联中也会使用大量的激光器件、调制器件、探测器件等。
从2008年到2018年,中国激光产业进入黄金十年,发展非常快。但目前确实存在一些问题。挑战是来自多方面的,包括国家高速发展、科学技术发展带来更多要求,同时产业结构调整也提出新要求。按照国家要求和战略布局,激光产业面临高质量、高效率、绿色高端制造等方面的发展挑战,需要在极端条件下满足高效率、高稳定性、低能耗等发展要求。从技术方面,应做更多创新工作,提升产品稳定性和长寿命;在装备上,应满足国家更多新兴应用需求,如新能源汽车、医疗等;在市场经营上,转变创新模式,提升附加值,更好地为国家进步服务,提升传统产业升级,带动新的进步,提升新质生产力。
激光作为一种高效有效的工具,需要思考如何满足国家需求。在满足国家重大战略需求方面,可以在尺度、维度、精度或效率上做文章。同时,超快激光在新能源、低空经济、钙钛矿、光刻机以及大健康等方面可能都是努力的方向。