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

求，而对位置 和位移的检测也是机器人最基本的感觉要求。机器人的位置传感器，主 要用于测量机器人自身位置。 常见机器人 位置传感器 电感式位置传感器 电阻式位置传感器 电容式位置传感器 光电式位置传感器 霍尔元件位置传感器 磁栅式位移传感器 电位计式传感器 典型的位置传感器，又称为电位差计。它由一个线绕电阻 ( 或薄膜电阻 ) 和一个滑动触头组成。 工作原理 滑动触头通 螺线管或直线型碳膜电阻，滑动触点只能沿电阻的轴线方向做直线运 动，其具有诸多优点。 主要缺点是易磨损，电位器的可靠性和寿命受到一定程度地影响。正 因如此，电位计式位移传感器在机器人上的应用受到了一定的局限。近 年来随着光电编码器价格的降低而逐渐被取代。 当把电位计式位移传感器的电阻元件弯成圆弧形，可动触点的一端 固定在圆的中心，像时针那样旋转时，由于电阻值随相应的转角变化， 就构成一个简易的角度传感器。 2 、旋转型电位计式角度传感器 、光学式绝对型旋转光电编码器 绝对式编码器 它可以直接把被测转角或位移转化成相应的代码，指示的是绝对位置而 无绝对误差，在电源切断时不会失去位置信息。 工作原理 绝对式旋转编码器在使用时，可以用一个传感器检测角度和角速度。这 种编码器的输出是旋转角度的实时值，所以若对采集的值进行记忆，并 计算它与实时值之间的差值，就可以求出角速度。 图 4-8 绝对式光电编码器的 码盘 （

................... 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.............................

1) 光刻胶：彤程新材、晶瑞电材、久日新材、万润股份、雅克科技、容大感光、南大光电等； 2) 湿电子化学品：江化微、格林达、晶瑞电材、飞凯材料、多氟多、兴发集团等； 3) 电子气体：昊华科技、巨化股份、雅克科技、硅烷科技、杭氧股份、凯美特气、和远气体、金宏气体、华特气体、正帆科技等； 4) 掩膜版：清溢光电、路维光电等； 5)CMP 抛光液和抛光垫：安集科技、鼎龙股份、江丰电子等； 6) 光学材料有望受益。我国光学膜、 OLED 发光 材料、 OCA 胶等材料仍处二三梯队，落后于美日韩等企业，国产替代需求较高。涉及标的： 1)OLED 材料：万润股份、濮阳惠成、瑞联新材、奥来德、莱特光电等； 2)OCA 胶：斯迪克等； 3) 光学膜：东材科技、长阳科技、双星新材、激智科技、三利谱等； 4) 偏光片：杉杉股份、三利谱等。 u 行业评级： AI 大潮有望带动产业链迎来大时代 。化工行 002409.SZ 64.30 0.72 1.31 1.84 89.74 49.18 34.87 未评级 容大感光 300576.SZ 41.12 0.21 - - 195.81 - - 未评级 南大光电 300346.SZ 38.59 0.34 0.34 0.67 113.50 113.50 57.83 未评级 江化微 603078.SH 25.11 0.29 0.41 0.75 87.10 61

打印机 串口服务器 称重仪表 I/0 控制器 控制柜 语音 大屏募 车辆识别 摄像机 4 号 地感线圈 电子汽车衡 1 号 地感线圈 2 号光电开关 光电开关 3 号 车辆识别 地感线圈 地感线圈 大屏幕：显示广告、车辆信息、重量、引导提示等； ⑧ 打印机：针式打印机； ⑨ 硬盘录像机：监控录像； ⑩ 电气控制柜：碳钢喷塑，内含 I/O 控制器、串口服务器等电气元件； ⑪ 控制计算机：采用工业控制计算机； ⑫ 光电开关：对车辆位置定位，防作弊； ⑬ 语音设备：语音提示或磅房喊话。 注：硬盘录像机未在上图表示(该部分设备布置在磅房内),硬盘录像机 只在需要录像监控时候采用；电气控制柜、控制计算机为逻辑控制及上位机管 设备框图 车辆智能称重管理系统划分 AVS 车辆智能称重管理系统按功能性划分，可分为如下几个子系统： ● 数字式电子汽车衡子系统(秤体、称重传感器、称重仪表、接线盒等) ● 光电感应检测子系统(光电开关、不锈钢护罩等) ● 图像抓拍与视频监控子系统(网络摄像机、 NVR 硬盘录像机等) —50— ● RFID 车辆自动识别子系统(IC 读写器、RFID 读写器、车牌识别仪、电