逐夢“一束光”：從追趕到超越，閃耀中國光谷的“追光者”

編者按：千萬IP創(chuàng)科普，共筑科技強國夢。為普及科學知識，弘揚科學精神，提高全民科學文化素質(zhì)，助力實現(xiàn)高水平科技自立自強，中國科協(xié)科普部與人民網(wǎng)聯(lián)合策劃推出“見證科技之路”主題報道，聚焦國家科技戰(zhàn)略政策、重要科技獎項、“卡脖子”關(guān)鍵核心技術(shù)等，深入基層一線開展采訪調(diào)研，推出一批生動鮮活的科普精品，大力弘揚科學家精神，為建設(shè)科技強國匯聚磅礴力量。

這里，是中國光通信的緣起。1976年，趙梓森院士在這里拉出了中國第一根實用化光纖。盡管它只有17米，卻衍生出眾多“中國第一”——中國第一個光纖通信系統(tǒng)工程，第一條國產(chǎn)國家骨干傳輸干線，第一個中國提出、被國際電聯(lián)采納的IP標準……近日，記者走進“中國光谷”，看荊楚大地上的“逐夢追光者”，如何在光與電的交匯中，用智慧和汗水點亮一顆顆科技之星。

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)、云計算、自動駕駛等業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸需求急劇增加。如何進一步提高光纖的傳輸容量，滿足日益增長的數(shù)據(jù)傳輸需求，成為當前光纖通信技術(shù)研究的核心問題。

“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。如何進一步提高光纖的傳輸容量，滿足日益增長的數(shù)據(jù)傳輸需求，是業(yè)界的痛點?！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，實現(xiàn)在同一根光纖內(nèi)，多個信號沿著不同的纖芯獨立傳輸，就像單車道變多車道，使系統(tǒng)傳輸容量實現(xiàn)數(shù)量級的提升?！皢涡竟饫w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含有多根纖芯。”彭楚宇說道。

電子顯微鏡下的7芯光纖。受訪者供圖

近年來，烽火通信科技股份有限公司持續(xù)對多芯光纖技術(shù)展開專項研究，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)的實用性，實現(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，擺脫了核心器件對國外的強烈依賴，確保我國傳輸產(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錄。彭楚宇介紹，3.61Pbit/s相當于1秒傳輸451個1TB的硬盤，下載約135300部最高畫質(zhì)的電影。

多芯光纖的開發(fā)提高了我國通信技術(shù)國際領(lǐng)跑能力，帶動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)增長的壓力問題，實現(xiàn)系統(tǒng)擴容升級。

攻克一系列“卡脖子”難題

實現(xiàn)光傳輸芯片技術(shù)向Tb/s級的首次跨越

在光通信領(lǐng)域，除了多芯光纖技術(shù)在不斷發(fā)展，“中國芯”也在不斷迭代升級。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)出中國首款、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的400G相干商用硅光收發(fā)芯片，實現(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。

時隔三年，科研團隊再次刷新自身紀錄，研發(fā)出1.6Tbit/s級光傳輸芯片，實現(xiàn)了我國光傳輸芯片技術(shù)向Tb/s級的首次跨越。該芯片是目前業(yè)界處理容量最大、集成度最高的傳輸芯片。芯片最大處理容量可達1.6T，集成超100億個晶體管，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，相當于高速公路由單車道、雙車道、四車道變成16車道，同時每個車道也變寬了?！狈榛鹜ㄐ盼㈦娮友邪l(fā)項目經(jīng)理李光瑜介紹。

1.6TFramer芯片的成功研發(fā)，推動了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)展和用戶不斷增長的帶寬需求，進一步支持大規(guī)模的云計算、物聯(lián)網(wǎng)、5G等業(yè)務(wù)的發(fā)展，賦能數(shù)字中國建設(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，卻少見人影。取而代之的AGV機器人在廠內(nèi)靈活穿梭，十余條高水平自動化生產(chǎn)線開足馬力。

“在我們的工廠中會有大量的類似AGV的自動化設(shè)備，它每時每刻都在產(chǎn)生各種各樣的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)每時每刻都需要在我們的設(shè)備和后端服務(wù)器之間進行交互，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)場進行不斷產(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?、速度快、可靠性高的網(wǎng)絡(luò)，我們就選擇了用5G來替代傳統(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壐脑熘?，我們優(yōu)化了超過40個業(yè)務(wù)模塊、100多個流程，消除了30多個業(yè)務(wù)斷點，將系統(tǒng)間數(shù)據(jù)流動的效率提升了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%，凈利潤增加了10%。”肖昌云說道。

在湖北武漢的這座“中國光谷”里，成千上萬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，不僅點亮了人類探索宇宙的明燈，也照亮了中國光通信的前行之路。