中国光交换机行业政策、市场规模及投资前景研究报告（智研咨询发布）

中国光交换机行业政策、市场规模及投资前景研究报告（智研咨询发布）内容概要：光路交换机（OCS）不同于传统交换机，可直接进行光路交换，无需做光电转换。OCS的设计理念是光纤信号进入交换机后，不再进行光电转换，而是通过光信号的波分复用、交叉连接等进行转发等操作，光电转换在服务器端进行；同时配合3D环状的网络拓扑结构，OCS有效降低了通信硬件成本和功耗。根据实现技术的不同，光交换技术一般可分为MEMS技术、数字液晶DLC技术、直接光束偏转DLBS技术。OCS技术近年来因谷歌的推动而备受关注，在数据中心中的应用逐渐增多。为了支持AI训练等大规模计算，谷歌陆续研发了TPUv4和TPUv5等多代基于OCS可重构网络的超级计算机。谷歌证明了在数据中心网络中大规模部署

OCS

的可行性和优势。通过在基于

MEMS

的交换、定制收发器和网络架构方面的创新，谷歌提供了灵活、低功耗和高性价比的连接解决方案。随着数据中心带宽需求在

ML

和云计算的推动下不断增长，OCS

技术将在扩展和优化这些网络方面发挥越来越重要的作用。近几年，光交换机需求增长，2023年全球光交换机出货量达1万台，2024年出货量约1.3万台。光交换机技术应用前景广阔，但仍面临一些技术挑战和发展瓶颈。未来随着企业不断加强技术研发，光交换机性能将进一步提升，制造和部署成本有望下降，为大规模应用夯实基础。上市企业：锐捷网络（301165）、中兴通讯（000063）、紫光股份（000938）、光迅科技（002281）、凌云光（688400）、腾景科技（688195）、太辰光(300570)、中际旭创（300308）相关企业：华为技术有限公司、锐捷网络股份有限公司、新华三技术有限公司、中兴通讯股份有限公司、腾景科技股份有限公司、武汉光迅科技股份有限公司、广东赛微微电子股份有限公司、苏州盛科通信股份有限公司、广东亿源通科技股份有限公司、凌云光技术股份有限公司关键词：光交换机、交换机、数据中心、AI数据中心一、光交换机相关概述光路交换机（OCS）不同于传统交换机，可直接进行光路交换，无需做光电转换。OCS的设计理念是光纤信号进入交换机后，不再进行光电转换，而是通过光信号的波分复用、交叉连接等进行转发等操作，光电转换在服务器端进行；同时配合3D环状的网络拓扑结构，OCS有效降低了通信硬件成本和功耗。光交换的主要性能指标包括：切换速度、插入损耗、回波损耗、耐用性和可靠性等。光交换机主要性能指标根据实现技术的不同，光交换技术一般可分为MEMS技术、数字液晶DLC技术、直接光束偏转DLBS技术。MEMS光交换由输入光纤准直器阵列、输入MEMS微镜阵列，输出MEMS微镜阵列、输出光纤准直器阵列及配套驱动、控制软硬件构成。数字液晶光交换构成与关键部件功能包括：光纤准直器阵列FAU（提供N*N端口信号光的输入与输出）、偏振处理模块（对入射光进行S偏振与P偏振的分束与合束），LCLM液晶光模块阵列（LC可调延迟器与双折射晶体光楔的组合经过多层级联而成，实现N*N信号光偏转）。直接光束偏转光交换是将光纤准直器直接固定在压电陶瓷驱动器上，每个准直器尾部与压电陶瓷相连，排列成二维准直器阵列，将两个二维准直器阵列面对面放置，构成光开关矩阵，利用压电陶瓷机电耦合效应，驱动准直器位移与角度倾斜，使两阵列对应端口匹配对准，完成通道连接，实现光交换功能。光交换技术对比相关报告：智研咨询发布的《2025年中国光交换机行业市场发展态势及产业需求研判报告》二、光交换机发展现状OCS技术近年来因谷歌的推动而备受关注，在数据中心中的应用逐渐增多。传统数据中心的流量主要是出入数据中心的流量，称为南北向流量。即使网络层之间的收敛比很高，传统的树形拓扑也能满足这些流量需求。如果需要增加带宽，可以通过升级设备或使用更高端口密度的设备来实现。如今，许多大型数据中心处理大量服务器间的流量，称为东西向流量，这些流量不会离开数据中心。例如，一些应用需要在集群间复制大量数据，或进行虚拟机迁移。由于物理限制（如交换机端口密度低），扩展传统树形拓扑来满足带宽需求不仅成本高昂，而且难以实现。东西向流量的增加使得传统三层数据中心架构的带宽成为瓶颈，且服务器间的延迟会因流量路径不同而有所变化。为了解决这些问题，提出了基于Clos网络的Spine-and-Leaf架构。在Clos架构中，如下图所示，每个Leaf交换机都与所有Spine交换机相连，形成全网状连接拓扑。Leaf交换机连接服务器等设备，Spine层则负责将所有Leaf交换机连接起来。当Leaf层的接入端口和上行链路没有瓶颈时，这种架构实现了无阻塞连接。在Spine-and-Leaf架构中，任意两个服务器之间的连接都需要经过相同数量的设备（除非这两个服务器在同一个Leaf下），这使得延迟可以预测。由于东西向带宽更高，这种架构更适合现代微服务场景。当Spine-and-Leaf架构中任意一层存在带宽瓶颈时，只需添加新设备并将其与另一层的所有设备相连即可，实现了易于实施的横向扩展。典型的Clos网络架构谷歌公布的Jupiter项目，通过使用光交换机（OCS）实现可重构的数据中心网络，批量部署光电混合网络的关键推动因素是从Clos发展为聚合块之间的直接连接拓扑。为此的关键架构变化包括：数据中心互联层采用基于MEMS技术的光交换机(OCS)来实现动态拓扑重新配置、用于流量工程的集中式软件定义网络(SDN)控制器，以及用于增量容量交付和拓扑工程的自动化网络操作。完全消除了Spine交换层及其相关挑战，并使Jupiter能够逐步整合40Gbps、100Gbps、200Gbps和更高的网络速度。直连架构与网络管理、流量和拓扑工程技术相结合，使Jupiter能够应对流量的不确定性、大量的结构异质性，并且不需要任何停机时间或服务流失。除了比静态Clos结构提高5倍的速度、容量和额外的灵活性外，这些变化还使架构和增量成本降低了30%，功耗降低了41%。谷歌在其数据中心中部署OCS为了支持AI训练等大规模计算，谷歌陆续研发了TPUv4和TPUv5等多代基于OCS可重构网络的超级计算机。TPUv4集群首次引入OCS，一个集群有64个机架，每个机架16个tray盘，每个tray盘上4个TPU，共计4096个芯片，64个机架之间通过48个OCS光交换机互联。OCS光交换机架构新一代TPUv5将POD规模扩大了一倍，达到8960张TPU，浮点数运算性能是TPUv4的两倍，HBM内存是TPUv4的三倍。网络互联上采用3D环面实现TPU之间的互联，部署OCS的优势有以下几点：（1）OCS通过绕过故障来提高可用性：在99.0%的单设备可用度时，调度2000个节点AI训练作业，不采用OCS方案集群可用率仅为1%，采用OCS方案可以将集群可用率提高到约50%。（2）OCS缩短了部署时间：对于TPUv4，OCSes使每个机架独立，因此每个43块在安装和测试64个芯片和必要的电缆后立即投入生产。增量部署大大提高了TPUv4超级计算机的生产使用时间，从而提高了成本效益。（3）OCS简化了调度，从而提高了利用率：对于TPUv4，它可以从超级计算机的任何地方挑选四个43块。切片甚至不需要是2的幂。（4）OCS模块化优势：由于OCS可以在几毫秒内切换电路，因此TPUv4可以轻松地更改拓扑，以匹配应用程序、节点数量和运行这些作业的系统。TPUv4为大多数切片大小提供了3D圆环的环绕链路，与网状替代方案相比，这使重要的结合通信操作（例如，all-to-all）的平分带宽和带宽加倍。（5）可重构OCS拓扑提高网络性能：用户可以更改TPUv4拓扑以匹配所使用的并行度类型，AI训练经常将并行类型组合起来以获得最佳性能，例如数据加模型并行。模型并行度通常有两个参数：宽度和长度。为了充分利用可用的带宽，用户沿三维环面的一个维度映射数据并行性，并在另一个维度上映射两个模型并行参数。谷歌历代TPU集群集成的芯片数量引入光交换机也存在一些缺点：1）尽管全生命周期成本下降，但前期资本开支较大；2）信号插入损耗：光要多次反射折射才能到达接收端，存在信号功率损失；3）重新配置时间：光交换机的光路是提前设置好的，如果要与不同的端口通信，光开关必须重新配置这些镜像。三、光交换机出货量谷歌证明了在数据中心网络中大规模部署

OCS

的可行性和优势。通过在基于

MEMS

的交换、定制收发器和网络架构方面的创新，谷歌提供了灵活、低功耗和高性价比的连接解决方案。随着数据中心带宽需求在

ML

和云计算的推动下不断增长，OCS

技术将在扩展和优化这些网络方面发挥越来越重要的作用。近几年，光交换机需求增长，2023年全球光交换机出货量达1万台，2024年出货量约1.3万台。2023-2024年全球光交换机出货量目前国内厂商除头部已有较少产品进入试商用式少批量试用阶段，行业整体处于起步阶段。2024年9月，华为重磅发布数据中心全光交换机HuaweiOptiXtransDC808，预计将于2025年正式商用。以400G端口为例，相比传统交换机功耗降低98%，整网能耗降低20%。同时发布业界首个端到端fgOTN（细颗粒光传送网）光传送产品组合HuaweiOptiXtransE6600/E9600。此外，还有紫光股份旗下新华三集团已发布“全光网络3.0解决方案”；中兴通讯拥有ZTEiCampus行业数智全光方案。华为PEN无源以太全光方案架构图四、光交换机研发方向光交换机技术应用前景广阔，但仍面临一些技术挑战和发展瓶颈。未来随着企业不断加强技术研发，光交换机性能将进一步提升，制造和部署成本有望下降，为大规模应用夯实基础。同时随着HPC和数据中心规模日益增长，对功耗、时延、可靠性等要求越来越高，光交换机技术将在数据中心网络中发挥越来越重要的作用，为数据中心的发展提供坚实的基础设施保障。光交换机研发方向以上数据及信息可参考智研咨询（