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2025-06-25
传统电交换在应对AI/ML工作负载（如万卡GPU集群）时，面临扩展性瓶颈、能耗高、延迟大等问题。光交换（OCS）则提供了破局之道：
革命性节能： 据行业估算（如Lumentum），在10万级GPU部署中，采用OCS可比InfiniBand或以太网方案降低65%以上的整体网络功耗。这对降低AI运营成本（OPEX）和实现绿色数据中心至关重要。
超低延迟： 消除光电转换（OEO），光交换延迟可比电交换低5-10倍（可达微秒甚至纳秒级），显著加速AI训练与推理。
极致扩展性： 可平滑扩展至数千端口，满足大规模AI集群的互连需求，突破电交换的物理限制。
带宽无忧： 天生支持高带宽，并可利用波分复用（WDM）技术实现容量倍增。
灵活重构： 支持动态按需重构网络拓扑，实现流量工程、负载均衡，提升资源利用率和应对故障的能力。
市场前景广阔： 在AI与云网络的双重驱动下，光线路交换（OCS）市场预计将在2028年突破10亿美元大关（来源：Cignal AI）。
光开关虽在电信领域应用多年，但数据中心（尤其是AI数据中心）对其要求截然不同：
特性
电信网络
AI数据中心网络
交换节点规模 | ~30个 | ~5000个（超大） |
流量模式 | 相对稳定 | 突发性高（Bursty） |
控制平面 | 中心化控制 | 分布式控制（结合SDN）或混合 |
允许延迟 | ~10毫秒 (ms) | < 10微秒 (µs) |
这些差异要求数据中心光开关必须具备大规模、低延迟、快速重构、分布式智能控制等特性。
目前主流及前沿的光开关技术各具特点，适用于不同场景：
技术类型
核心优势
代表产品/进展
挑战/特点
适用场景
基于MEMS | 端口数大(可>500x500)、扩展性好、损耗较低、技术相对成熟 | Lumentum Edge640 (320x320x2), R300 (300x300样品, 2025上市)；谷歌OCS方案 | 切换速度毫秒级(ms)，光学矩阵体积较大 | 大型数据中心核心光互连 |
液晶技术 (如WSS) | 增加波长维度，实现波长选择性交换 | 波长选择开关(WSS) | 插损较高(~5dB)，切换速度较慢(<100ms)，成本高 | 光传输网(OTN), 特定波长管理场景 |
硅光技术 (MEMS驱动) | 高集成度、超低损耗(~0.04dB/端口)、纳秒级切换、超高消光比(>60dB) | UC Berkeley 240x240 SiPh OCS芯片 | 学术突破，大规模商用化进程中 | 未来超低延迟、高集成度应用 |
硅光技术 (MZIs) | 结构简单、高集成度、纳秒(ns)级切换、功耗低 | 学术界研究热点 (如Benes架构) | 损耗(>3dB)、串扰(<-25dB)需优化，端口数提升中 | 芯片级光互连、有前景的技术路线 |
磷化铟技术 (InP SOA) | 可利用SOA补偿插损，结合空间与波长交换 | Eindhoven's 16x16 InP Switch Chip | 复杂性、成本 | 特定需要增益补偿的场景 |
注： Benes架构因路径损耗小、控制相对简单且具备可重构非阻塞(RNB)特性，在学术界研究中被广泛采用。
尽管前景光明，光开关在大规模部署前仍需克服以下关键挑战，这也是科毅光通信持续跟踪和投入研发的方向：
缺乏原生光层处理： 如安全特性、前向纠错(FEC)、序列化等仍需依赖电层。
严苛的插损要求： 光开关插损必须远低于3dB，以满足商用光模块（如AOC, CPO）的功率余量要求。
光学缓冲缺失： 缺乏实用高效的光缓存技术，影响光分组/突发交换的实用化。
控制平面可扩展性： 纯中心化控制在超大网络（数千节点）中效率低下，分布式或混合控制是趋势。
光开关技术是解锁下一代高性能、高能效AI数据中心网络的关键。从成熟的MEMS方案到前沿的硅光集成技术，多种路线竞相发展，以满足不同规模和应用场景的需求。
广西科毅光通信科技有限公司（www.coreray.cn）深耕光通信领域，密切关注光开关技术的最新动态与发展趋势。我们致力于为客户提供先进的光互连解决方案，帮助构建更快速、更节能、更可靠的AI数据中心基础设施。
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