未来网络技术发展系列白皮书（2025） 光电融合网络技术 与产业应用白皮书 第九届未来网络发展大会组委会 2025年8月 版权声明 本白皮书版权属于紫金山实验室及其合作单位所有并受法律保 护，任何个人或组织在转载、摘编或以其他方式引用本白皮书中的文 字、数据、图片或者观点时，应注明“来源：紫金山实验室等”。否 则将可能违反中国有关知识产权的相关法律法规，对此紫金山实验室 有权追究侵权者的相关法律责任。 江苏未来网络集团有限公司、紫金山实验室、江苏省未来网络创 新研究院、中国联通设计院、中国电信股份有限公司研究院、中国移 动通信有限公司研究院、新华三技术有限公司、武汉光迅科技股份有 限公司、深圳瑞波光电子有限公司、南方科技大学 编写人员（排序不分先后）： 陶高峰、秦子健、李琳、尹睿、秦树鑫、任广臣、陈平平、黄韬、 杨伟、刘刚、刘伯江、焦明涛、朱永庆、陈迅、胡泽华、杨冰、程伟 强、阳进、姜文 经济时代对超高速率、超低时延、超高可靠性的严苛要求。光电融合 网络技术作为新一代信息基础设施的核心支撑，通过 IP 层与光层的 深度融合，构建起大带宽、低时延、高可靠的确定性网络能力，为智 能制造、远程医疗、自动驾驶等新兴应用场景提供坚实的网络保障。 本白皮书系统阐述光电融合网络的技术特征与发展需求，深入分 析长距离相干光传输技术、IP+光融合架构、光电协同的智能管控系 统等关键技术，全面梳理国际国内标准进展与产业生态现状。通过剖

湖南大学 中国联通研究院 中国联通软件研究院 北京邮电大学 上海交通大学 2025 年 8 月 智算中心光电协同交换网络 全栈技术白皮书 编写说明 编写单位： 湖南大学、中国联通研究院、中国联通软件研究院 北京邮电大学、上海交通大学 编写人员： 湖南大学： 陈果、梁帮博、陈禹澎、刘璇 中国联通研究院： 程新洲、曹畅、徐博华、杨斌、文晨阳、谢志普、徐洁、 黄金超 中国联通软件研究院： 在此背景下，光交换技术凭借超大带宽、超低延迟与低功耗等特 性，正与电交换形成互补融合的“光电协同”架构，成为新一代智算 中心网络的重要发展方向。光电协同不仅能够在物理层显著提升链路 性能，还为网络的灵活重构、智能调度与按需适配提供了技术空间。 全球领先的产业与科研力量均已在此领域展开探索，并在部分应用场 景实现试点部署。 然而，要实现光电协同网络在智算中心的规模化落地，仍需跨越 多重技术关卡。从应用层集合通信模式与动态拓扑的适配，到传输层 资源的智能分配；再到物理层光交换的传输损耗与延迟难题，均对网 络架构设计、协议栈演进与资源编排提出了系统性挑战。 本白皮书面向智算中心光电协同交换网络的全栈技术体系，旨在： • 梳理国家政策、AI 发展趋势与智算中心网络需求，揭示光电 协同兴起的背景； • 分析光交换与电交换的性能差异与技术互补性； • 总结光电协同网络在应用层、传输层、路由层、链路层与物理 层的关键挑战与发展路径； • 提出面向未来的技术演进方向与标准化路线建议。

.......................................................................................... 14 3.3 光电混合系统............................................................................................... 向予 以重点支持。多个部委相继出台一系列重要政策，支持光计算芯片、光神经网络、 硅基光电子等核心技术的研发，中央网络安全和信息化委员会发布的《“十四五” 国家信息化规划》明确提出，要加强在集成电路、硅基光电子等关键前沿领域的 战略研究与布局。科技部在“十四五”重点专项申报指南中，将信息光子技术、 光电混合 AI 加速计算芯片等纳入重要内容，为科研工作提供了明确的方向指引。 国家自然科学 中国移动 面向新型智算的光计算白皮书（2025） 2 发，鼓励企业探索采用光计算等新技术、新架构开展智算中心建设。重庆市出台 的《重庆市未来产业培育行动计划（2024-2027 年）》，聚焦硅基光电子技术， 大力支持光子技术发展，推动区域相关产业实现创新升级。湖北省在 2025 年政 府工作报告中，将超高速混合光子集成芯片列为攻关突破方向，推动湖北省科技 创新与产业创新。 从国家到地方

全健康发展。 低空感知与反制是实现低空安防的重要技术手段，其主要包括两大环节，分别是探测感知与反制。其中，探测感知负责 对低空无人机或其他物体进行探测、动态追踪与身份识别，综合利用脉冲波、频谱、光电等感知手段，确认入侵物体类型、 速度、位置等，是低空安防过程中的“眼睛”；反制负责在发现威胁目标后，实现无人机或其他飞行物的管控与打击，综合 运用电磁压制、物理拦截等手段，确保入侵物体不会对目标 飞行物的管控与打击，确保入侵物体不会对目标监视区域造成侵害；探测管控平台针对目标监视区域向对应的探测系统下发 探测监视任务，探测系统实时上报探测结果到平台，一旦发现入侵无人机或其他飞行物，平台将通过光电探测拍照取证等方 式并确认入侵物体类型，按需通知反制系统进行相应反制，最终通过探测系统查看入侵目标是否清除。同时，探测管控平台 与上层监管平台互联，上报监管数据。 通信感知一体化技术（ISAC，Integrated 雷达感知功能，复用频谱资源和共享设备软硬件资源，使网络具备环境感 知、目标检测与定位、轨迹跟踪等功能，如图3.2所示。 3.2 探测技术及设备 5G-A通感技术 5G通感 雷达 无线电侦测 光电探测 RID播报 电磁干扰 反制系统 探测系统 探测管控平台 上层监管平台 激光摧毁 制导枪 网捕 图3.1 低空安防融合感知与反制系统框架 08 低空安防融合感知技术应用蓝皮书 测距

智算网络核心技术 06 能效与成本优化 智算中心单柜能耗已达50kW，训练GPT-3一次消耗19万度电，间接排放二氧化碳超105吨。在万卡集 群中，网络设备功耗占比可达20%-30%，需通过光电融合交换、低功耗协议栈等技术降低能耗。 2）智算网络关键能力要求 超低时延与高带宽 • 技术路径：采用RDMA技术绕过GPU内核协议栈，结合InfiniBand、RoCEv2优化，如拥塞控制、流 务可无缝切换至备用路径。 高可扩展性与灵活性 • 拓扑创新：从传统Spine-Leaf架构向Dragonfly、3D Torus等新型拓扑演进，提升网络带宽、降低 时延并增强可扩展性。 • 光电融合交换：引入光交换技术，将波长作为调度单元，降低时延并提升带宽利用率，并支持训练 任务的动态拓扑重构，简化网络的增量扩展。 智能化运维与管理 • 自动化部署：基于意图和AI驱动，通过网络控制 。其包括支持IB或 RoCE的网络交换机、端侧的智能网卡DPU以及服务器内GPU卡间互联的总线等，其中，依托光传输高速 率、低时延、低能耗和低成本的优点，光电融合正成为智算中心内从设备到网络架构的重要演进趋势，包括 OCS光交换机、光电合封CPO交换机、高速光模块和光输入输出OIO等技术。 图2-1 AI组网逻辑架构和物理架构 智算网络核心技术 07 智算网络的互联包括机内互联、机间

Optical Input Output）为代表的创新方案成为替代铜缆方案的优秀选择。这 些技术的核心在于最大程度地缩短电信号与光引擎（OE, Optical Engine）之间的距离，实现在芯片层面即完成光电转换，从根本上规 避了传统可插拔光模块的高成本与易故障问题，同时继承了光纤传输 的技术优势。 功耗显著降低。NPO、CPO等技术将光引擎与GPU封装在同一基板甚 至同一芯片上，将电信号路径缩短至厘米甚至毫米级别，大幅减少了 制问题。“光进铜退”已成为智算集群的必然趋势，是实现未来算力 跨越式发展的核心驱动力。 此外，光技术的引入已拓展到交换层，即光交换技术（OCS，Optical Circuit Switching）。为解决传统电交换机多次光电转换导致的高能 耗和微妙级延迟瓶颈，OCS直接在光域完成信号路由，最高可达纳秒级 切换速度，较电交换快2-3个数量级。纯光交换中微镜反射型（MEMS， 面向大规模智算集群场景光互连技术白皮书 (2025) 点探讨数据中心内光互连技术的分类、器件与技术趋势。 2.1. 业界存在两大类光互连技术 光互连技术是通过应用光电转换与融合技术，取代电信号在传统 数据传输场景中的主导角色，甚至直接替代芯片上的电IO功能，最终 实现信号在传输过程中远距离、低功耗、高密度的目标。其中，实现 光电转换的光引擎（Optical Engine，OE）是光互连技术的核心。根 据应用场景、光引擎与xPU芯片的距离以及封装集成程度的差异，业界

................... 5 2.1.2 线性接收光学........................................................ 6 2.2 光电共封技术.....................................................................6 2.2.1 板上光学............. ...... 18 5. 产业生态与标准化.....................................................................21 5.1 光电领域互连标准............................................................21 5.1.1 CPO 领域标准............... .................... 22 5.1.3 Chiplet 领域标准............................................... 22 5.2 光电领域交换标准与产业生态....................................... 24 5.2.1 光交换标准发展现状.............................

--------- 133  企业案例 --------- 135 • 斯达半导 --------- 136 • 圣邦股份 --------- 137 • 富瀚微 --------- 138 • 路维光电 --------- 139 • 至纯科技 --------- 140 第六章——中国专精特新系列研究：计算机行业 --------- 141  行业综述 --------- 142  160 7 中国云原生行业研究 | 2021/7 专精特新系列 白皮书 | 2025/8 目录  发展趋势 --------- 162  企业案例 --------- 164 • 力鼎光电 --------- 165 • 天地数码 --------- 166 • 海天瑞声 --------- 167 • 华大九天 --------- 168 • 永信至诚 --------- 169 业“六税两费”减 免政策的公告》，执行期限为2022年1月1日至2024年12月31日。  半导体：常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，按照制造技术可分为集成电路（IC）、分立器 件、光电子和传感器，可广泛应用于下游通信、计算机、消费电子、网络技术、汽车及航空航天等。  IC：Integrated Circuit的简称，指集成电路，通常也叫芯片（Chip），是一种微型电子器件或部件，采用

高性能传感器技术助力中医闻诊、切诊 传感器技术已经广泛应用于中医诊断领域。早在 20 世纪 70 年代，国内多 家科研院所就基于传感器技术研发了中医脉诊仪等诊法客观化设备和仪器。目前， 如压力传感器、光电传感器、气相色谱-声表面波传感器等已经广泛应用于中医 脉诊、闻诊、红外热成像仪、经络检测仪等领域中。 近年来，随着晶体管 3D 封装以及微机电系统技术的不断发展成熟，传感器 的灵敏度和精确度 诊理论数据库和诊断决策支持系统构成。 无影成像光学系统主要通过无影照明技术，在特定的光学条件下，将患者 的眼部情况清晰、准确地捕捉。 图像采集装置将无影成像光学系统捕捉到的眼部图像进行光电转换，将光 学信号转化为电子信号，再传输到计算机进行处理，形成高质量的数字化眼图像 智能化分析系统利用特定的智能化算法和程序，提取出眼部图像的特征， 并进行综合分析。 中医眼诊理论数据库 监管机构审批，进入市场。 30 表 6. 获得药监局批准的红外热像仪产品 注册人名称 产品名称 注册证编号 杭州新瀚光电科技有限公司 医用红外热像仪 浙械注准 20152060479 北京悦天光电技术有限公司 红外热像诊断系统 京械注准 20152060522 重庆宝通华医疗器械有限公司 短焦距非制冷远红外热像 仪 渝械注准 20162060048

FIRE 项目的建设成本，我们预计实验堆 阶段全球托卡马克设备的市场空间约 911 亿元。在设备主体结构中，磁场线 圈价值量占比最高为 55%，产业链公司有联创光电、永鼎股份、精达股份 等；第一壁部件价值量占比约为 27%，产业链公司有国光电气、安泰科技 等；真空部件价值量占比约为 15%，产业链公司有合锻智能、海陆重工等。 风险提示：技术进步不及预期；聚变技术路线变化；聚变试验堆项目推迟风 险；测算与实际误差的风险。 吨的 Nb3Sn 超导线，主要供应商包括西部超导、白银有色。此外，高温超导材料是未来托卡马克的发 展方向，研制公司有联创光电、精达股份、永鼎股份等。 （2）第一壁：国内主要负责包层第一壁的切割、打薄、焊接和组装，相关企业包括国光电 气、安泰科技。 （3）偏滤器：偏滤器制造方面，国光电气和安泰科技掌握偏滤器焊接相关技术；在偏滤器 材料方面，偏滤器靶板材料为钨，热沉材料为铜铬锆合金，主要由厦门钨业和中钨高新等 计划采购包进展》（罗德隆，2019），华泰研究 图表21： 国内托卡马克主体设备参与公司 设备 参与公司 磁体系统 西部超导、白银有色、联创光电、精达股份、永鼎股份 包层第一壁 国光电气、安泰科技 偏滤器 国光电气、安泰科技、厦门钨业、中钨高新 真空部件 合锻智能、海陆重工、上海电气、航天晨光 支持系统 保变电气、英杰电气、百利电气、利柏特、雪人股份、纽