上半年，国家全面启动了“东数西算”工程，拟通过构建数据中心、云计算、大数据一体化的新型算力网络体系，将东部算力需求有序引导到西部，优化数据中心建设布局，促进东西部协同联动。

光纤通信网络是信息基础设施重要组成和关键承载底座，国家“十四五”规划、信息通信业“十四五”规划等对于光纤通信网络的未来发展高度重视，千兆光网发展、骨干网演进和服务能力升级成为重点内容。“东数西算”重大工程的启动实施，将对光通信领域的高速光模块和光器件、超大容量传输、多层协同、前沿技术演进等多个方面带来显性利好，助推技术和产业加速发展。

“东数西算”助力光通信多维演进

结合与算力应用相关的宽带、时延、灵活智能、能耗和成本等关键需求，以及数据中心技术快速迭代的典型应用特性等，“东数西算”工程的实施将推动光通信技术加速演进，并与其他通信技术进一步深度融合。

在超大带宽传输方面，数据中心集群之间海量数据的传输需求助推频谱扩展、空分复用等更大容量新型传输技术的发展；在低时延性能优化方面，当时延特性优先级逐步提高、现有技术无法进一步降低时延后，对面向长距离场景具备更低时延的空芯光纤传输技术的研究则显得十分必要；在灵活与智能化发展方面，随着数据中心集群的逐步建设和算力能力与需求的显性提升，算力、云、IP网络和光网络等多层次协同与融合更为迫切，人工智能、网络开放和虚拟化等技术在光网络中的应用进一步加速；在能耗和成本方面，全光组网除了在数据中心集群之间应用之外，还逐渐向数据中心集群内数据中心之间渗透。同时，数据中心内部超高速光模块集成形态将出现基于硅光的光电共封装（CPO）和可插拔模块共存的情形。

纵观数字经济整体发展态势、数据中心内生发展需求、技术迭代较快特性等，“东数西算”工程的实施将助力光通信技术及应用加速演进。

总体来看，算力已成为数字经济的核心生产力，“东数西算”工程的启动将逐步提升我国整体算力水平，同时助推东西部协调发展。作为新型算力网络体系的关键构成，光纤通信网络和关键模块单元主要在数据中心内部不同设备单元之间、数据中心集群内部不同数据中心之间、不同数据中心集群之间提供灵活可靠的互联通道，同时需要支持算力、云、IP网络等不同主体之间的灵活高效协同。

依托算力、数据中心等相关应用的新型需求，兼顾技术快速迭代的典型应用特性等，“东数西算”工程的实施将加速推动高速光模块和光器件、超大容量传输、多层协同等前沿技术的发展。

关键设备产业国产化率

中国是全球最大的光通信市场，也是全球最大的制造基地。光通信产业链完整，从光电芯片、器件、光纤预制棒、光纤光缆到系统设备制造一应俱全。中国虽然有全球最大的市场和最完备的产业链，但并不意味着每个环节上都有非常强的竞争力。

光通信设备，华为、中兴通讯、烽火通信已占据最大份额，但在产业链高端部分还存在短板，例如，光系统环节：WSS开关、OXC等关键器件还依赖于进口。光模块环节，100G以上的高端相干光模块由欧美公司主导；光芯片环节，10Gbps基本实现国产，25G激光器芯片、PIN和APD器件开始小规模发货，25Gbps电芯片基本依赖进口，相干oDSP高端芯片主要由欧美公司主导。光纤光缆环节，在超低损光纤、光纤预制棒套管、光纤涂覆层等环节依赖进口，同时光纤销售依赖于国内市场，国际化拓展还有待进一步加强。

光通信设备：整机份额市占率超五成，部分核心元器件仍有瓶颈

光通信以光纤作为传输介质，其传输的信号就是光信号。光通信网络主要分为核心层、骨干层、汇聚层和接入层。

接入层：PON 市场中国厂商占据七成份额，核心环节 PLC 占五成份额

光通信网络从接入层来看主要有PON网络，从汇聚、骨干和核心层来看，主要设备有WDM、OTN等。

PON网络结构中包含OLT设备、ONU设备及ODN。PON的核心设备、器件包括芯片均已实现国产化，并占据了很高的全球市场份额。PON无源光网络市场中国厂商占据七成份额。

ODN环节中，PLC光分路器是ODN设备的重要组成器件。PLC光分路器属于无源光器件，其核心芯片为PLC半导体光分路器芯片。根据仕佳光子的招股说明书，全球PLC分路器封装业务80%以上集中在国内，PLC光分路器的芯片仕佳光子占有全球50%的市场份额。

汇聚核心层：OTN/WDM两分天下有其一，WSS、高端相干模块是短板

WDM和OTN的主要价值在于长距离传输以及通过波分复用提供单纤的大容量。

WDM（波分复用）技术是在光纤上进行信道复用的技术， 可分为粗波分复用（CWDM）和密集波分复用（DWDM）。其中， CWDM因为无需选择成本昂贵的密集波分解复用器和光放大器（EDFA），只需采用便宜的多通道激光收发器作为中继器，因而相较于DWDM的成本大大下降。

OTN是以波分复用技术（WDM）为基础、在光层组织网络的传送网。据Dell’oro 统计，全球主要的波分设备生产商包括华为、诺基亚、Ciena和中兴通讯等。2020年，华为、中兴通讯、烽火通信的市占率分别为30%、12%、6%，中国厂商占据半壁江山。

波分产品核心元器件的国产化

DWDM主要组成部分有线路侧的OTU、波分复用和解复用器、光放大器、光监控单元OSC。其中，国内华为、中兴通讯、烽火通信、光路科技等可自主生产OTU ；国内光迅科技、昂纳科技、锐科激光等均可以生产光放大器；华为、中兴通讯、烽火通信等厂家均可生产光监控单元OSC。

但波分复用和解复用器，如薄膜滤波器（一般用于8路以下的WDM）、阵列波导光栅（AWG，用于16波以上）和可调光功率波分复用器（VMUX）等，目前国内厂家尚不具备能力进行生产。

此外，现阶段我国在AWG芯片与VOA芯片实力较弱，多采用进口后加工。AWG 芯片主要掌握在欧美电子器件厂商手中，如美国的VIAVI、NeoPhotonics和 Kaiam（前Gemfire）， 加拿大的Enablence和日本的NEL；硅基电吸收式 PLC-VOA芯片为美国的Mellanox（前Kotura）公司独家生产供应。AWG和 PLC-VOA这两类芯片技术门槛较高，可供选择的供应商相对较少，国内主要有仕佳光子、光迅科技和博创科技在这一块有小批量生产。ROADM/OXC主要是在 DWDM上叠加了波长级的调度的能力，其中波长选择光开关 （WSS）是组成OXC 及ROADM的核心器件。目前，光开关在光通信系统，尤其是在波分复用系统及全光网中有着重要的应用。

在光开关器件中，波长选择光开关（WSS）尤其值得关注。WSS技术是可以实现动态可重构光加/减复用（ROADM）的新一代技术，具有网状架构，能支持任意端口波长任意上下行的功能。WSS器件主要由国外生产厂家控制，包括Finisar、Molex、Lumentum等。我国目前在这一块比较薄弱，海思已经开始自供，光迅科技、博创科技在研发过程中。

光模块及芯片：模块三分天下有其一，高端光、电芯片差距明显

光器件主要分为芯片、光有源器件、光无源器件、光模块与子系统四大类。其中有源光收发模块的产值占据最大份额，根据Yole的统计约为65%。且从性能上看，光收发模块是光电转化的核心器件，负责光信号的产生、调制与探测，主导着光通信网络的升级换代，在接入端、传输端等不同细分市场上均发挥 着至关重要的作用。

全球光器件市场规模达百亿，中国光器件市场加速扩张。据Yole统计，2020年全球光模块市场规模突破96亿美元，预计2026年达到209亿美元，2020-2026 年年均复合增长率为14%。

光模块市场实现高速增长的主要原因包括：

1）电信市场稳定增长：随着5G光模块和10G PON光模块的上量；电信市场未来几年有望维持5%的复合增长；

2）数通市场爆发式增长：超大型数据中心加快部署 100G/40G光模块使得数据中心高速光模块未来几年复合增速超过19%。

全球光模块市场相对分散，中国占据36%市场份额。与光设备、光纤光缆不同，光模块由于场景不同，对光模块的传输距离、速率、封装方式的需求都不同，造成型号众多，集中度比较低。从全球市场份额排名，国内有中际旭创、光迅科技、海信宽带（未上市）、华工正源四家厂商跻身全球前十，其余席位均被美、日厂家占据。总体看，国内厂商依靠封装技术在无源光器件、光收发模块等中低端细分市场较竞争力强；在高端有源器件、芯片等方面发展空间较大。

核心光芯片方面，目前国内只有部分企业了掌握了 10Gb/s 速率及以下的激光 器、探测器、调制器芯片，源杰科技、光迅科技在 25G 的激光器（包括 DFB 和 VCSEL） 有规模发货能力，探测器层面光迅在 25G 的 PIN 和 APD 基本可以实现自供。但我国整体 上在高端芯片能力比美日发达国家落后 1-2 代以上。而且，我国光电子芯片流片加工严重 依赖美国、新加坡、加拿大、德国、荷兰等国家和地区，使得我国在国家各级研发计划支 持下发展的关键技术大量流失。由于缺乏完整、稳定的光电子芯片、器件加工工艺平台以 及工艺人才队伍，国内还难以形成完备的标准化光通信器件研发体系，导致芯片研发周期 长、效率低，造成我国光通信器件技术与国外差距逐渐扩大。

从全球来看，日美的主流厂商 Oclaro、lumentum、Finisar、Neophotonics、MACOM、 Avago、三菱电机、住友等都实现了 25G 激光器、探测器的大规模发货。

光纤光缆：全球60%产能集中于中国，海缆和特种光缆待突破

在光纤光缆产业链中，光棒拉纤以及后续的成缆部分壁垒相对比较低，市场也相对比较分散，有几十家企业。但光纤预制棒生产技术壁垒较高，同时占据大部分利润。

根据中国工程院院士赵梓森在《世界光纤通信新进展—中国光纤通信年鉴 2015》中描述，光棒、 光纤、光缆在产业链中的利润占比分别为 70%、20%、10%。从市场格局来看，中国厂商处于领跑，全球60%的光纤光缆产能集中于中国，其中长飞、亨通、富通、烽火、中天在2020年分别录得12%、9%、8%、7%、6%的市场份额。

从国产化的角度来看，我国光纤光缆需要突破的环节主要包含：

1）普通光纤：主要是光纤预制棒的套管部分，目前基于RIC工艺制备预制棒的都是从德国贺利氏进口，长飞2014-2016年分别向其采购7.5亿元、6.1亿元和6.5亿元；

2）特种光纤：目前国内制备超低衰减光纤芯棒的高纯度硅料和锗料基本依赖进口，然后需要大量氟掺杂材料（比纯二氧化硅高3~4倍），此外，超低损光纤所需光纤涂覆料也基本被国外几家企业垄断（荷兰皇家帝斯曼、Momentive Speciy Chemicals Inc、JSR株式会社），原材料部分是国内后续光纤性能进一步提高的瓶颈；

3）海底光缆：由于我国当前主要是东海、渤海湾、黄海或南海近海底光缆建设，属于无中继浅海光缆通信系统，对于深海光缆、中继供电技术需求不大，或制约国内光纤企业在这上面取得进一步突破。

我国光通信产业的未来之路

中国在光通信整个领域取得了巨大的成绩，在光模块封装、光纤光缆、系统设备等领域都获得了全球一半以上的市场份额，并且通过不断投入研发在追求往上突破，获得更多的产业话语权。

但是美国和日本的厂商在高端光芯片、电芯片、特种光纤、设备核心元器件领域依然具备较大的优势。一方面，美日的头部光设备、光器件厂商在不断进行并购，比如II-VI合并了Finisar，思科收购了Acacia，Lumentum并购了Oclaro、Coherent、NeoPhotonics，通过并购进一步完善产品线，扩大领先优势；另一方面，它们也在推进开放光网络，希望通过重塑生态来进一步巩固领先地位。

全球的头部厂商都在积极布局光通信的未来，国内光纤光缆、光模块光芯片后续的发展路线比较清晰。

光纤光缆，一方面提升光棒的品质，降低成本，使得光纤光缆更富 有全球竞争力，扩大海外销量；另一方面在深海光缆、特种光纤上需要不断取得突破。

光器件，一方面在 400G/800G 高端封装上扩大市占率；另一方面有赖于在25/50G高端光电芯片上逐步靠近国际先进水平，通过垂直一体化来提升企业的盈利能力和全球竞争力。

而光通信设备在三个环节里无疑是最为重要的一块，也是后面最大的一个变量。我们围绕光通信设备的关键环节展开推演后续的产业格局，并从关键变化中寻找投资机遇。

光通信的五个发展趋势

如今，光纤是我们整个数字社会的底座基石。它就像血管，不断输送着数以EB、ZB的数据，连接世界，创造价值。

光通信技术的未来发展趋势，紧密围绕着性能和成本，归纳起来，就是三点：

发展趋势一：全光网的演进

全光网，是我们非常熟悉的名词。

光通信的首要任务，就是传输数据。前面小枣君也提到了，人类社会每天都在面临数据增长。为了避免拥塞，光通信必须紧跟需求发展，持续扩增自己的带宽和容量。

目前，光通信扩增自身传输能力的方法非常明确，就是两条：一，继续提升单波容量，相当于把路修宽。二，升级所有的路由交换节点，实现高速公路的点对点直达（避免换乘）。

单波容量的提升

经过数十年的苦心经营，国内运营商当前骨干网已经达到了单波100Gbps的水平。

下一步的发展目标，是单波400Gbps。而制约这一目标的主要障碍，是成本，尤其是光模块这样的核心器件的成本。

除了400G之外，处于研发和试验阶段的，是800G和1.2T。

想要实现单波速率提升，主要有两个办法：采用更高阶的调制方式、提升波特率。

高阶调制虽然可以成倍提速，但抗噪声能力差。也就是，和无线空口一样，外部环境恶化，或者传输距离远，就不能用高阶调制，只能降阶。

高波特率的话，比高阶调制更有用。它既可以提升速率，也不会影响传输距离。但是，高波特率对光电器件要求很高。说白了，属于工艺问题。

光通信频谱带宽延展

除了提升单波容量之外，想要增加单根光纤的传输速率，就只能让这根光纤传输更多的波。想要更多的波，就只能进一步扩展光通信的频谱带宽。

光通信其实和无线通信一样的，也是依赖频谱资源。

我们在一根光纤中传输不同频段的光，在考虑保护间隔的前提下，可用的频谱带宽越大，能传的光的波数越多，容量也就越大。

一般情况下，波道采用C波段，频谱资源是4THz。扩展为CE波段后，频谱资源增加20%，为4.8THz。如果采用C++波段，是6THz。如果采用C+L波段，是11THz，相比C波段提升了175%。（延伸阅读：链接）

如果按照单波400G的速率，C++波段（80个波），那么，骨干传输容量可以提升到400G×80个波=32Tbps。

为了进一步提升速率，专家们也没有放弃在光纤上做文章。

新型光纤传输技术，比如MCF、FMF和PCF等，现在正在成为行业热点。光纤头部企业，正在加紧进行技术研发。

全光交换

除了提升速率带宽之外，另一个能力提升的手段，就是交换节点的升级扩容，这也是全光网2.0的精髓所在。

光通信的发展目标，是替换所有的电通路。换句话说，所有的数据传输，全部应该由光通路完成。

光纤不仅要铺到家庭，还要铺到每个房间，每个PC，每台电视，每个冰箱。所有固网接入，全部替换为光，消灭网口。

此外，在设备的内部，也要摈弃光电转化，直接光路到元件、到芯片。芯片与芯片之间，芯片内部之间，也全部光路。这是光通信的终极发展目标。

对于普通人来说，这个目标是无法想象的，不是吗？

用户侧，目前我们发展到了FTTR（光纤入户）阶段。在骨干侧，随着ROADM和OXC的普及，我们国内已经实现了全光波长交换。

未来，全光波长交换的发展思路就是——向上和向下。一方面，满足小颗粒度的交换和调度（面向行业需求、切片）。另一方面，满足大颗粒的交换和调度（面向骨干网容量扩增）。

想要实现ROADM调度能力的升级，离不开对WSS技术工艺的研究。这也是目前光通信产业链最值得关注的研究方向之一。

发展趋势二：解耦&白盒化

除了通信能力的不断精进之外，光通信发展的第二个关注点，就是成本压缩。

毕竟，企业需要生存，生存离不开利润。想要利润，除了增加收入之外，就只能勒紧裤腰带，减少开支。

作为行业最大的甲方，运营商控制成本最有效的手段，就是扶持产业链。说白了，一项技术越成熟，越开放，做的厂商越多，就越有可能压低价格，最终实现“白菜价”。

而比较悲催的是，在光通信领域，国内三家运营商互不相让，选择了不同的技术体系，让产业链左右为难。

目前，技术标准的争夺日趋激烈，产业链还在观望，举棋不定。

在国企稳增量、杜绝恶意竞争、防止国有资产流失的大背景下，小枣君个人认为，光通信技术路线的妥协归一，是大势所趋。

省下来的钱，都是国家的钱。搞那么多的技术路线，互相内耗，确实没有必要。

在运营商“开源、解耦”的摇旗呐喊下，光通信设备走向灰盒化、白盒化，是必然的。

所有的设备开放解耦，让厂商沦为“低端”制造工厂。这样的话，更多的乙方可以加入，进一步降低设备购买成本，实现运营商自身利益的最大化。接入网那边的Open RAN，其实也是一样的思路。

发展趋势三：网络扁平化

CAPEX（建设成本）看产业链，OPEX（维护成本）呢，只能看企业内功。

运营商的维护成本一直很高，其中最主要的组成部分，是人员工资、设备维护、能耗支出（电费）。

如何降低网络的整体能耗，如何减少网络的运维复杂度，进而降低人力投入，是运营商需要考虑的头等问题。站在光通信的角度，就是考虑单位比特公里传输能耗和单位比特交换能耗的进一步挖潜。

光本来就是节能的技术。传输网中，光域的占比越高，整体的能耗就越低。尤其是WDM向ROADM全光交换演进之后，能耗还能进一步降低。

光通信技术本身的降能耗潜力有限。于是，运营商想到了另一个办法，就是网络至简。

也就是说，尽可能让整个传输网变得简单，减少设备数量，提升设备能力，以此来削减运维成本。

网络至简的最重要举措——网络扁平化。

以中国电信为例。当前的中国电信传输网络，从宏观上分为四层，从上到下，分别是国干（一干）、省干（二干）、城域、接入。

电信的想法，是直接把它们干成两层——国干和省干融合，城域和接入融合，变成“骨干+城域”的两层架构。

这样一来，设备数量肯定是减少了，不仅节约了硬件成本，还减少了空间占用和电费开支，以及人力投入。

扁平化后的传输网，将从树型架构变成MESH网状架构。这是一次革命性的创新，也是一次艰巨的挑战。对于网络来说，这相当于是一次脱胎换骨的手术。

发展趋势四：城域网的角色转变

提到了城域网，我觉得有必要专门说一下它。

全光网2.0的发展路线，是先骨干全光，再城域全光。

城域全光的一个特点，就是OTN这种昂贵的设备下沉，从仅用于骨干，变成了城域也有。城域WDM，也将在成本进一步下降后，下沉到城域边缘。

城域全光网，包含了城域核心、汇聚、接入三层。高性能设备的下沉，意味着城域网的定位和服务对象，将会发生明显的变化。

一直以来，运营商们都希望凭借城域接入技术（PON，无源光网络）在C端的成功，将经验复制到B端，打开新的市场。

换句话说，运营商们认为家庭宽带市场已经趋于饱和（现在在推千兆，未来推50G-PON，虽然需求不大），目前希望大力推动针对政企用户的宽带接入市场，满足全业务传输需求。

升级之后，运营商的城域全光网，将实现对移动（基站）、家庭宽带、政企用户、云业务（数据中心）的全面融合承载，也就是“一网通吃”。

政企行业用户的光接入需求中，值得关注的是工业互联网场景。这类场景对传输带宽、确定性时延、安全性、可靠性要求最高，场景复杂，挑战很大。

基于OSU的M-OTN技术体系，就是基于政企用户场景的需求，被提出来的。它可以支持小带宽颗粒多业务承载，满足行业应用的小颗粒低成本传输。

城域全光网和云网融合关系密切。它不仅和数据中心有交集，更是运营商切入政企客户云业务的抓手。例如，运营商可以通过提供光宽带接入，搭配云专线业务，甚至兜售自己的云服务。

发展趋势五：AI智能运维

除了架构变化之外，再想要极简网络，就只能引入先进运维技术的支持。

SDN、SDON这些就不用说了，运营商要求各厂家转发与控制解耦，将所有设备的管理和业务调度能力集中，实现统一管控。厂商肯定不愿意这么做，然后，双方就处于僵持状态。

实现集中管理后，运营商通过引入AI人工智能技术，还有大数据技术，可以实现对整个传输网络的智能运营。这就像是一个全国级的交通调度中心，而且，这个中心还是基于人工智能算法的，潜力极大。

小枣君相信，围绕“AI+SDN”，实现网络流量预测、性能劣化预测、故障根因分析和光纤态势感知，都将变得可行。通信工程师的饭碗，有可能被AI砸得稀碎。

借助AI，网络本身将具备极强的网络自愈能力。出现问题时，AI可以进行快速响应和链路调度，减少业务的中断时长，甚至让客户根本感知不到故障曾经发生过。

除了降成本之外，引入智能运维还有一个好处，就是绿色节能。

通信网络的绿色节能，不再是一句公益口号。它牵扯到运营商重要的政治任务——那就是服务于国家的“双碳”战略。从某种意义上来说，它的重要性，甚至高于省钱。

文章来源： 通信世界，光电汇，鲜枣课堂