研判2025年！全球及中國光交換機(jī)行業(yè)市場動態(tài)、應(yīng)用現(xiàn)狀及研發(fā)方向分析：光交換機(jī)在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用前景廣闊[圖]

內(nèi)容概要：光路交換機(jī)（OCS）不同于傳統(tǒng)交換機(jī)，可直接進(jìn)行光路交換，無需做光電轉(zhuǎn)換。OCS的設(shè)計理念是光纖信號進(jìn)入交換機(jī)后，不再進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，而是通過光信號的波分復(fù)用、交叉連接等進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)等操作，光電轉(zhuǎn)換在服務(wù)器端進(jìn)行；同時配合3D環(huán)狀的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，OCS有效降低了通信硬件成本和功耗。根據(jù)實現(xiàn)技術(shù)的不同，光交換技術(shù)一般可分為MEMS技術(shù)、數(shù)字液晶DLC技術(shù)、直接光束偏轉(zhuǎn) DLBS技術(shù)。OCS技術(shù)近年來因谷歌的推動而備受關(guān)注，在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用逐漸增多。為了支持 AI 訓(xùn)練等大規(guī)模計算，谷歌陸續(xù)研發(fā)了TPUv4和TPUv5 等多代基于 OCS 可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的超級計算機(jī)。谷歌證明了在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模部署 OCS 的可行性和優(yōu)勢。通過在基于 MEMS 的交換、定制收發(fā)器和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面的創(chuàng)新，谷歌提供了靈活、低功耗和高性價比的連接解決方案。隨著數(shù)據(jù)中心帶寬需求在 ML 和云計算的推動下不斷增長，OCS 技術(shù)將在擴(kuò)展和優(yōu)化這些網(wǎng)絡(luò)方面發(fā)揮越來越重要的作用。近幾年，光交換機(jī)需求增長，2023年全球光交換機(jī)出貨量達(dá)1萬臺，2024年出貨量約1.3萬臺。光交換機(jī)技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，但仍面臨一些技術(shù)挑戰(zhàn)和發(fā)展瓶頸。未來隨著企業(yè)不斷加強技術(shù)研發(fā)，光交換機(jī)性能將進(jìn)一步提升，制造和部署成本有望下降，為大規(guī)模應(yīng)用夯實基礎(chǔ)。

上市企業(yè)：銳捷網(wǎng)絡(luò)（301165）、中興通訊（000063）、紫光股份（000938）、光迅科技（002281）、凌云光（688400）、騰景科技（688195）、太辰光(300570)、中際旭創(chuàng)（300308）

相關(guān)企業(yè)：華為技術(shù)有限公司、銳捷網(wǎng)絡(luò)股份有限公司、新華三技術(shù)有限公司、中興通訊股份有限公司、騰景科技股份有限公司、武漢光迅科技股份有限公司、廣東賽微微電子股份有限公司、蘇州盛科通信股份有限公司、廣東億源通科技股份有限公司、凌云光技術(shù)股份有限公司

關(guān)鍵詞：光交換機(jī)、交換機(jī)、數(shù)據(jù)中心、AI數(shù)據(jù)中心

一、光交換機(jī)相關(guān)概述

光路交換機(jī)（OCS）不同于傳統(tǒng)交換機(jī)，可直接進(jìn)行光路交換，無需做光電轉(zhuǎn)換。OCS的設(shè)計理念是光纖信號進(jìn)入交換機(jī)后，不再進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，而是通過光信號的波分復(fù)用、交叉連接等進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)等操作，光電轉(zhuǎn)換在服務(wù)器端進(jìn)行；同時配合3D環(huán)狀的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，OCS有效降低了通信硬件成本和功耗。光交換的主要性能指標(biāo)包括：切換速度、插入損耗、回波損耗、耐用性和可靠性等。

根據(jù)實現(xiàn)技術(shù)的不同，光交換技術(shù)一般可分為MEMS技術(shù)、數(shù)字液晶DLC技術(shù)、直接光束偏轉(zhuǎn) DLBS技術(shù)。MEMS 光交換由輸入光纖準(zhǔn)直器陣列、輸入 MEMS 微鏡陣列，輸出 MEMS 微鏡陣列、輸出光纖準(zhǔn)直器陣列及配套驅(qū)動、控制軟硬件構(gòu)成。數(shù)字液晶光交換構(gòu)成與關(guān)鍵部件功能包括：光纖準(zhǔn)直器陣列FAU（提供 N*N 端口信號光的輸入與輸出）、偏振處理模塊（對入射光進(jìn)行 S 偏振與 P 偏振的分束與合束），LCLM 液晶光模塊陣列（LC可調(diào)延遲器與雙折射晶體光楔的組合經(jīng)過多層級聯(lián)而成，實現(xiàn)N*N信號光偏轉(zhuǎn)）。直接光束偏轉(zhuǎn)光交換是將光纖準(zhǔn)直器直接固定在壓電陶瓷驅(qū)動器上，每個準(zhǔn)直器尾部與壓電陶瓷相連，排列成二維準(zhǔn)直器陣列，將兩個二維準(zhǔn)直器陣列面對面放置，構(gòu)成光開關(guān)矩陣，利用壓電陶瓷機(jī)電耦合效應(yīng)，驅(qū)動準(zhǔn)直器位移與角度傾斜，使兩陣列對應(yīng)端口匹配對準(zhǔn)，完成通道連接，實現(xiàn)光交換功能。

相關(guān)報告：智研咨詢發(fā)布的《2025年中國光交換機(jī)行業(yè)市場發(fā)展態(tài)勢及產(chǎn)業(yè)需求研判報告》

二、光交換機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

OCS技術(shù)近年來因谷歌的推動而備受關(guān)注，在數(shù)據(jù)中心中的應(yīng)用逐漸增多。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的流量主要是出入數(shù)據(jù)中心的流量，稱為南北向流量。即使網(wǎng)絡(luò)層之間的收斂比很高，傳統(tǒng)的樹形拓?fù)湟材軡M足這些流量需求。如果需要增加帶寬，可以通過升級設(shè)備或使用更高端口密度的設(shè)備來實現(xiàn)。如今，許多大型數(shù)據(jù)中心處理大量服務(wù)器間的流量，稱為東西向流量，這些流量不會離開數(shù)據(jù)中心。例如，一些應(yīng)用需要在集群間復(fù)制大量數(shù)據(jù)，或進(jìn)行虛擬機(jī)遷移。由于物理限制（如交換機(jī)端口密度低），擴(kuò)展傳統(tǒng)樹形拓?fù)鋪頋M足帶寬需求不僅成本高昂，而且難以實現(xiàn)。

東西向流量的增加使得傳統(tǒng)三層數(shù)據(jù)中心架構(gòu)的帶寬成為瓶頸，且服務(wù)器間的延遲會因流量路徑不同而有所變化。為了解決這些問題，提出了基于 Clos 網(wǎng)絡(luò)的 Spine-and-Leaf 架構(gòu)。在 Clos 架構(gòu)中，如下圖所示，每個Leaf 交換機(jī)都與所有Spine交換機(jī)相連，形成全網(wǎng)狀連接拓?fù)?。Leaf 交換機(jī)連接服務(wù)器等設(shè)備，Spine 層則負(fù)責(zé)將所有 Leaf 交換機(jī)連接起來。當(dāng)Leaf 層的接入端口和上行鏈路沒有瓶頸時，這種架構(gòu)實現(xiàn)了無阻塞連接。在 Spine-and-Leaf 架構(gòu)中，任意兩個服務(wù)器之間的連接都需要經(jīng)過相同數(shù)量的設(shè)備（除非這兩個服務(wù)器在同一個Leaf 下），這使得延遲可以預(yù)測。由于東西向帶寬更高，這種架構(gòu)更適合現(xiàn)代微服務(wù)場景。當(dāng) Spine-and-Leaf 架構(gòu)中任意一層存在帶寬瓶頸時，只需添加新設(shè)備并將其與另一層的所有設(shè)備相連即可，實現(xiàn)了易于實施的橫向擴(kuò)展。

谷歌公布的 Jupiter 項目，通過使用光交換機(jī)（OCS）實現(xiàn)可重構(gòu)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，批量部署光電混合網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵推動因素是從Clos發(fā)展為聚合塊之間的直接連接拓?fù)?。為此的關(guān)鍵架構(gòu)變化包括：數(shù)據(jù)中心互聯(lián)層采用基于 MEMS 技術(shù)的光交換機(jī)(OCS)來實現(xiàn)動態(tài)拓?fù)渲匦屡渲?、用于流量工程的集中式軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)控制器，以及用于增量容量交付和拓?fù)涔こ痰淖詣踊W(wǎng)絡(luò)操作。完全消除了Spine交換層及其相關(guān)挑戰(zhàn)，并使 Jupiter 能夠逐步整合40Gbps、100Gbps、200Gbps 和更高的網(wǎng)絡(luò)速度。直連架構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)管理、流量和拓?fù)涔こ碳夹g(shù)相結(jié)合，使 Jupiter 能夠應(yīng)對流量的不確定性、大量的結(jié)構(gòu)異質(zhì)性，并且不需要任何停機(jī)時間或服務(wù)流失。除了比靜態(tài)Clos 結(jié)構(gòu)提高 5 倍的速度、容量和額外的靈活性外，這些變化還使架構(gòu)和增量成本降低了 30%，功耗降低了 41%。

為了支持 AI 訓(xùn)練等大規(guī)模計算，谷歌陸續(xù)研發(fā)了TPUv4和TPUv5 等多代基于 OCS 可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的超級計算機(jī)。TPU v4集群首次引入OCS，一個集群有64個機(jī)架，每個機(jī)架16個tray盤，每個tray盤上4個TPU，共計4096個芯片，64個機(jī)架之間通過48個OCS光交換機(jī)互聯(lián)。

新一代TPUv5將POD規(guī)模擴(kuò)大了一倍，達(dá)到8960張TPU，浮點數(shù)運算性能是TPUv4的兩倍，HBM內(nèi)存是TPUv4的三倍。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)上采用3D環(huán)面實現(xiàn)TPU之間的互聯(lián)，部署OCS的優(yōu)勢有以下幾點：（1）OCS通過繞過故障來提高可用性：在99.0%的單設(shè)備可用度時，調(diào)度2000個節(jié)點AI訓(xùn)練作業(yè)，不采用OCS方案集群可用率僅為1%，采用OCS方案可以將集群可用率提高到約50%。（2）OCS縮短了部署時間：對于TPUv4，OCSes使每個機(jī)架獨立，因此每個43塊在安裝和測試64個芯片和必要的電纜后立即投入生產(chǎn)。增量部署大大提高了TPUv4超級計算機(jī)的生產(chǎn)使用時間，從而提高了成本效益。（3）OCS簡化了調(diào)度，從而提高了利用率：對于TPUv4，它可以從超級計算機(jī)的任何地方挑選四個43塊。切片甚至不需要是2的冪。（4）OCS模塊化優(yōu)勢：由于OCS可以在幾毫秒內(nèi)切換電路，因此TPUv4可以輕松地更改拓?fù)?，以匹配?yīng)用程序、節(jié)點數(shù)量和運行這些作業(yè)的系統(tǒng)。TPUv4為大多數(shù)切片大小提供了3D圓環(huán)的環(huán)繞鏈路，與網(wǎng)狀替代方案相比，這使重要的結(jié)合通信操作（例如，all-to-all）的平分帶寬和帶寬加倍。（5）可重構(gòu)OCS拓?fù)涮岣呔W(wǎng)絡(luò)性能：用戶可以更改TPUv4拓?fù)湟云ヅ渌褂玫牟⑿卸阮愋?，AI訓(xùn)練經(jīng)常將并行類型組合起來以獲得最佳性能，例如數(shù)據(jù)加模型并行。模型并行度通常有兩個參數(shù)：寬度和長度。為了充分利用可用的帶寬，用戶沿三維環(huán)面的一個維度映射數(shù)據(jù)并行性，并在另一個維度上映射兩個模型并行參數(shù)。

引入光交換機(jī)也存在一些缺點：1）盡管全生命周期成本下降，但前期資本開支較大；2）信號插入損耗：光要多次反射折射才能到達(dá)接收端，存在信號功率損失；3）重新配置時間：光交換機(jī)的光路是提前設(shè)置好的，如果要與不同的端口通信，光開關(guān)必須重新配置這些鏡像。

三、光交換機(jī)出貨量

谷歌證明了在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模部署 OCS 的可行性和優(yōu)勢。通過在基于 MEMS 的交換、定制收發(fā)器和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面的創(chuàng)新，谷歌提供了靈活、低功耗和高性價比的連接解決方案。隨著數(shù)據(jù)中心帶寬需求在 ML 和云計算的推動下不斷增長，OCS 技術(shù)將在擴(kuò)展和優(yōu)化這些網(wǎng)絡(luò)方面發(fā)揮越來越重要的作用。近幾年，光交換機(jī)需求增長，2023年全球光交換機(jī)出貨量達(dá)1萬臺，2024年出貨量約1.3萬臺。

目前國內(nèi)廠商除頭部已有較少產(chǎn)品進(jìn)入試商用式少批量試用階段，行業(yè)整體處于起步階段。2024 年 9 月，華為重磅發(fā)布數(shù)據(jù)中心全光交換機(jī) Huawei OptiXtrans DC808，預(yù)計將于2025 年正式商用。以 400G 端口為例，相比傳統(tǒng)交換機(jī)功耗降低 98%，整網(wǎng)能耗降低 20%。同時發(fā)布業(yè)界首個端到端 fgOTN（細(xì)顆粒光傳送網(wǎng)）光傳送產(chǎn)品組合 Huawei OptiXtrans E6600/E9600。此外，還有紫光股份旗下新華三集團(tuán)已發(fā)布 “全光網(wǎng)絡(luò) 3.0 解決方案”；中興通訊擁有 ZTE iCampus 行業(yè)數(shù)智全光方案。

四、光交換機(jī)研發(fā)方向

光交換機(jī)技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，但仍面臨一些技術(shù)挑戰(zhàn)和發(fā)展瓶頸。未來隨著企業(yè)不斷加強技術(shù)研發(fā)，光交換機(jī)性能將進(jìn)一步提升，制造和部署成本有望下降，為大規(guī)模應(yīng)用夯實基礎(chǔ)。同時隨著HPC和數(shù)據(jù)中心規(guī)模日益增長，對功耗、時延、可靠性等要求越來越高，光交換機(jī)技術(shù)將在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮越來越重要的作用，為數(shù)據(jù)中心的發(fā)展提供堅實的基礎(chǔ)設(shè)施保障。

以上數(shù)據(jù)及信息可參考智研咨詢（www.rainbowgiftswholesale.com）發(fā)布的《2025年中國光交換機(jī)行業(yè)市場發(fā)展態(tài)勢及產(chǎn)業(yè)需求研判報告》。智研咨詢是中國領(lǐng)先產(chǎn)業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，提供深度產(chǎn)業(yè)研究報告、商業(yè)計劃書、可行性研究報告及定制服務(wù)等一站式產(chǎn)業(yè)咨詢服務(wù)。您可以關(guān)注【智研咨詢】公眾號，每天及時掌握更多行業(yè)動態(tài)。