B400G以太网助力智算中心光互联 程伟强 中国移动研究院-基础网络技术研究所 算力成为数字经济时代的核心竞争力 AI 大模型带动算力成为数字经济时代的核心竞争力。到 2025 年，我国算力规模将超过 300 EFLOPS ， 智 能算力占比达到 35% ；算力基础设施将成为推动我国经济转型升级和培育新动能的重要力量 2022 年 12 月 2022 年中国移动全球合作伙伴大会发 布《新一代智算中心网络技术白皮书》 单卡算力受限，以网强算成为提升大模型训练效率的关键，探索以太网的新调度机制、新接口速 率 和新安全方案，提升智算中心网络性能和整体算力水平 目录 以太网新调度机制— GSE 以太网新接口速率— B400GE 以太网新安全方案 — PHYSec 6 GSE 技术体系 --- 核心理 念 中国移动提出全调度以太网（ GSE ）技术架构，最大限度兼容以太网生态，创新基于报文容器（ PKTC ）的转发及调度机制， ）的转发及调度机制， 构建无阻塞、高带宽、低时延的新型智算中心网络，形成标准开放的技术体系，助力 AI 产业发展 创新以太网转发机制，实现三大核心机制转变 从“局部”决策到“全局”调度 从“流”分发到“报文”分发 从盲发 + 被动控制到感知 + 主动控制 将业务流拆分到不同“报文容器”转发，提供逐 “报文容器”负载均衡机制，提升带宽利用率 从被动拥塞控制，到基于“授权请求和响应机

.................................... 21 图 49：我国以太网交换机出口额（亿美元） .......................................................................... 22 图 50：我国以太网交换机出口量（台） ...................................... ...................................... 22 图 51：我国以太网交换机出口均价（美元/台） ..................................................................... 22 图 52：我国以太网交换机累计出口额（亿美元） ................................... ............................... 22 图 53：我国以太网交换机累计出口量（台） .......................................................................... 22 图 54：河南省光模块出口额（万元）.............................................

产品公司现在可以从极少的关键设备网络中进行选择。四种局域网加上蜂窝网络、卫星网络 和LP-WAN就能满足大多数应用场景。其他专用网络则用于填补空白。 • 标准局域设备网络 o 以太网——有线 o Wi-Fi——无线 o Thread——无线低功耗mesh网络 o 低功耗蓝牙——点对点，易于配对 • 标准广域设备网络 o 蜂窝网络——移动性 o 频谱。 让我们来一探究竟。 局域设备网络 以太网、Wi-Fi和低功耗蓝牙已融入我们的日常生活，无需过多介绍。Thread同样无处不在， 但大多数消费者可能已经习以为常。过去几年里，智能音箱等面向大众市场的设备已具备 Thread连接能力，许多新款智能手机也支持Thread，因此很多家庭其实已经在使用这项技 术了。以太网和Wi-Fi可满足有线和无线的高带宽应用场景需求，Thread能为受电力限制的 超过70亿台设备使用基于SIM卡的安全机制。对于AIoT设备，同样的安全元件和支 持智能手机的可扩展基础设施能在关键领域提供高级别的链路安全，如临床医疗设 备、重工业和关键基础设施等。不过，所有应用都应在每个网络链路（蜂窝网络、 以太网、Wi-Fi或Thread）之上添加端到端的安全层。关于Matter标准如何利用该 安全层保障连接安全的详细信息，请参考相关章节。 • 长距离——诸如LoRaWAN这样的LP-WAN技术能以低带宽、低功耗实现惊人的长

保 护策略等功能。此外，通过空间感知技术，万兆园区网络可以进一步实现 从连接到空间的全面安全保障。 高品质万兆以太网和万兆光网园区网是两种典型的网络建设方案，高 标准数字园区可按需选择。 5.2.3.2 高品质万兆以太网方案 高品质万兆以太网方案构建了一套高性能的万兆以太网物理架构，以 分层化、模块化的设计支撑园区网络的全面连接与智能管理。网络架构自 下而上分为六层：终端层集成各类智能终端与物联设备；接入层为终端提 方式；汇聚层融合有源以太光以及无源以太光等多种主流互联方案，实现 22 流量的高效聚合以及灵活转发；核心层是整个园区网络的中心，负责数据 的高速交换与互联，并对流量进行集中管控；广域层除提供园区出口路由 功能外，还集成了多层次网络安全防护机制；最上层为管控析层，作为整 个园区网络的“智慧大脑”，承担网络设备的统一管理、控制与智能分析 功能，是实现园区数字化运营的核心中枢。 万兆园区以太网网络架构 万兆园区以太网网络架构 根据业务场景和能力，高品质万兆以太网方案包含以下六个关键技术 方向： （1）自智网络。通过数字孪生技术、网络智能体和智能协作等关键技术 实现一站式管理网、安、用户和终端一图可视，质量可视可定位，同时通 过对话式运维和主动运维，进一步减少运维过程中的人工操作。 23 （2）万兆超宽。万兆超宽是以实现万兆用户接入为目标的下一代园区接 入演进方向。它依托无线（Wi-Fi 7/8）的大带宽、高并发接入能力，以

网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递，并高速高效、稳定可靠、安全、易管 理维护的信息基础平台。 整个酒店网络的有线局域网建设将覆盖餐饮娱乐、办公会议和公寓酒店，有线局域网全网采 用以太网协议，根据数据流量和线路资源，采用以太网线或光纤线路进行组网，以太网线的连接 长度一般不超过 100 米，光纤线路的链接长度一般不超过 2000 米，通过多层级联和堆叠，为区域 内的终端设备提供网络接入服务。根据线路情况和设备的硬件配置，接入网速的范围在百兆、千 X256B/X512B 大型出口网关 BDCOM BSR7300 系列出口网关集成了路由、交换、安全、WIFI、和广告营销等功能于一体， 配合专门针对宽带接入优化的 BDROS 操作系统，在满足用户 ADSL、以太网等宽带上网的需求的 同时，能支持 URL 过滤、包过滤等功能。同时用户可以平滑切换成开源的 OpenWRT 操作系统和 WiFidog，易于用户定制和二次开发。BDCOM BSR7300 系列出口网关支持 WAP2100-W 系列无线 AP 是上海博达专为集合住宅、酒店等无线应用环境所设计和 推出的无线接入点。产品不仅能为用户提供一个安全、稳定、高速的无线网络，更可根据室内多 样化的应用环境，提供了以太网和电话线的接口。WAP2100-W 系列入墙式 AP 从而具备了有线 （数据、iptv、电话）、无线终端的一体化接入能力，多网合一。 WAP2100-W 系列 AP 更采取人性化的设计，面板指示灯可方便一键关闭，避免影响用户休息；

Operation System 操作系统 9 RDMA Remote Direct Memory Access 远程直接内存访问 10 RoCE RDMA over Converged Ethernet 基于以太网的 RDMA 11 SIMT Single Instruction Multiple Threads 单指令多线程 12 RTT Round-Trip Time 往返时延 13 CXL Compute Omni-directional Intelligent Sensing Express Architecture 全向智感互联 16 GSE Global Scheduling Ethernet 全调度以太网 17 PKTC Packet Container 报文容器 18 DGSQ Dynamic Global Scheduling Queue 动态全局调度队列 19 OCS Optical Circuit 存储资源，实现深度缓存协同。 2.3 网络技术 为应对 AI 大模型训练与推理对算力基础设施的极致性能需求，中国移动构 建“卡间-机间”全栈智能互联技术体系，通过自主研发全向智感互联（OISA） 协议与全调度以太网（GSE）架构，突破传统互联技术在高带宽、低时延、大规 模组网等场景的瓶颈。二者协同构建“芯片-设备-集群”三层互联能力，形成从 卡内计算到跨机协作的端到端智算网络中国方案，为万亿参数大模型训练、多模

错而引入的高精度FEC机制又会带来更大的时延。例如，400G及以上速率以太网普遍采用 PAM4调制代替NRZ，以在不新增光纤的基础上增加网络带宽，有效提升传输效率；为了应 对PAM4带来的比特错误率更高的问题，400G标准中采用了纠错能力更强的RS（544,514） FEC技术，但是这种纠错技术带来了更高的传输时延。基于400G以太网，对比RS（544,514） 与轻量级前向纠错RS（272,2 中兴通讯版权所有未经许可不得扩散 13 图 3 51.2T 交换机组网示例 800G以太网也成为升级的趋势。当前PCIe Gen5 NIC速度仅支持400GbE链路，而2至 3年后的PCIe Gen6 NIC中，800GbE有望用于主流服务器和存储设备。预计800G以太网将 进入商用阶段，高速以太网将持续发展。 在图5的组网中，Leaf/Spine交换机可采用64 x 800G交换机，主要搭配使用800G AI大模型训练网络需要更高的传输速率。对于给定的波特率，四电平脉冲幅度调制 (PAM4)能有效地将比特率提高到不归零 (NRZ) 的两倍，从而提高了高速光传输的效率， 并显著降低了PAM4信令传输信道中的信号损耗，因此400G及以上以太网速率采用PAM4 编码。 但PAM4信令更容易受到噪声的影响，导致更高的误码率 (BER)。假设FEC纠错后的 BER为1e-12，则一个包含256个GPU的POD内估计每秒将产生2700个错误帧。虽然PAM4

网络搭建起工业终端设备与云 服务器/数据中心之间的桥梁。 5G 工业 CPE 通常比 5G 工业 DTU 支持的接口更多，如以太网、 WLAN、蓝牙、串口、USB 接口等，南向支持多种有线、无线通信 技术，实现 5G 信号与多种有线、无线信号的转换，可同时连接工业 现场的串口设备、以太网设备、WLAN 设备等，是目前多个工厂进 行现有设备 5G 化升级的关键设备。 5G 工业网关具备数据采集存储、路由、边缘计算和行业应用协 板研发，例如部分新开发的 5G AGV/AMR、5G 矿卡、5G 巡检机器 人等，除了 5G 模组，5G 开发板通常包含 FPGA、传感器（如光距、 重力、陀螺仪等）、WIFI、蓝牙等模块，可直接引出以太网、USB、 RS232 等丰富接口。该方式下，5G 开发板比 5G 工业网关体积小、 功耗低，可有效缩小终端设备的尺寸，5G 开发板可以即插即用，用 户只需要通过数据线即可直接连接电脑，进行固件烧录和产品开发。 员与工业现场装置、产线的实时交互。PLC 和控制器通常通过 5G 网 络接入状态监控、多 PLC 或控制器联动、闭环控制等应用，当用于 控制场景时，对 5G 网络的通信确定性要求较高。网关实现工业以太 网、现场总线等工业网络与 5G 网络之间的数据传输，可支持不同协 议层之间的数据转换。TSN 端口主要指工业 5G 终端设备可作为 5GS 网桥的端口，与网络侧协同实现 5G 网络与 TSN

大型矿井主干网络带宽应不低于 lOOOOMbit/s,主干 网络优先采用有线网络或 5G 网络，分别布设井下与地面环网， 网络设备支持 Ethemet/IP、PROFINET、MODBUS—RTPS、EPA 等工业以太网协议；矿井服务器应能够满足井上下协同作业要 求，重要的数据与应用类服务器应采用冗余配置；智能化矿井 应建设大数据中心与智能综合管控平台，具备数据分类、分析、 挖掘、融合处理等功能，实现各系统之间数据的互联互通与融 RTPS 等 工业以太网协议；支持 5G 承载网与工业以太网融 合。 20 查现场和资料。不 符合要求或功能的 1 处扣 5 分。 二级交换接 入网络 ① 采用 100Mbit/s 以上工业以太网；具备组环功 能，网络自愈时间小于 30ms；矿用二级交换接入 网络设备支持 Ethernet/IP、PROFINET、MODBUS —RTPS,EPA 等工业以太网协议。 15 查现场和资料。不 面，且无线覆盖；支持光纤多模、单模、超五类 双绞线等多种传输介质。 10 查现场和资料。不 符合要求或功能的 1 处扣 2 分。 数据处理 设备 ① 子系统上位机釆用工控机或服务器，CPU 不小 于六核心，具备双千兆以太网接口；信息釆集数 据库服务器釆用硬冗余或服务器虚拟化软冗余配 置；应用服务器采用虚拟化实例布置于服务器虚 拟化的硬件资源池中。 8 查现场和资料。不 符合要求或功能的 1 处扣 2 分。

探索超高性能确定性网络在路侧数据回传场景的应用，切片以太 网技术采用细颗粒度单元时隙交叉技术，三层分组交换技术可采用 TSN 技术和确定性 IP 融合切片技术等，实现毫秒级确定性时延和微 秒级确定性抖动，满足基于路侧感知的网联驾驶辅助、网联自动驾驶 中超高时延敏感场景需求。 探索高精度时钟同步增强，服务于在复杂场景开展高级别自动驾 驶辅助的高精度融合感知和定位。切片以太网每设备节点的时钟同步 精度可达 网络性能保障方面，数据大带宽传输方面，路侧设备间连接可选 切片以太网、三层分组交换、工业以太网及 PON 技术，骨干网可采 用光传输、三层分组交换、切片以太网技术，支持 100Gbps 以上大带 宽。低时延保障方面，可通过波长一跳直达、切片以太网时隙交叉、 SRv6 显式路径等技术实现微秒级单跳时延。传输可靠性保障方面， 切片以太网技术支持保护倒换过程中的业务损伤时间降低到 50µs； 光传输技术对重要业务可提供无损保护倒换。 能网联汽 车统一身份认证体系，实现 V2X、X.509 等数字身份互信互认。 采用密码技术全面保护车路云安全，商用密码范围逐步扩大。推 动采用车规级安全芯片和密码模块等产品，实现车云通信、车内以太 网/CAN-FD 通信、C-V2X 直连通信、OBD 接入认证及重要数据安全 保护等多重功能。逐步改变以 RSA 等国际算法为主的现状，形成以 国产商用密码算法为主、国际密码算法为补充的应用格局。