光路交换机技术概述 - 光路交换机（OCS）直接进行光路交换无需光电转换通过波分复用和交叉连接实现信号转发配合3D环状网络拓扑降低通信硬件成本和功耗 [1][2] - 主要性能指标包括切换速度毫秒级插入损耗回波损耗耐用性和可靠性 [2][3] - 技术分类包括MEMS技术数字液晶DLC技术直接光束偏转DLBS技术 [1][3] 技术实现与性能对比 - MEMS光交换成本低端口数320×320切换时间几十毫秒插入损耗~3dB驱动电压~100V [4] - 数字液晶DLC光交换成本很高端口数300×300切换时间几毫秒插入损耗4dB驱动电压≤10V [4] - 直接光束偏转DLBS光交换成本高端口数576×576切换时间几十毫秒插入损耗~2.5dB驱动电压~10V [4] 数据中心应用背景 - 传统树形拓扑难以处理东西向流量导致带宽瓶颈和延迟变化 [5][6] - Spine-and-Leaf架构基于Clos网络实现无阻塞连接和可预测延迟支持横向扩展 [6] - 谷歌Jupiter项目采用OCS实现动态拓扑重构消除Spine交换层使架构成本降低30%功耗降低41% [8] 谷歌TPU集群实践 - TPUv4集群首次引入OCS64个机架通过48个光交换机互联共4096个芯片 [10] - TPUv5规模达8960张TPU性能为TPUv4两倍内存三倍采用3D环面互联 [12] - OCS优势包括绕过故障提高可用性集群可用率从1%提升至50%缩短部署时间简化调度提高利用率模块化拓扑匹配应用需求 [12] 行业现状与出货量 - 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 [1][16] - 国内厂商处于起步阶段华为2024年9月发布OptiXtrans DC808全光交换机400G端口功耗降低98%整网能耗降低20% [18] - 新华三发布全光网络3.0解决方案中兴通讯拥有ZTE iCampus全光方案 [18] 技术挑战与研发方向 - OCS缺点包括前期资本开支较大信号插入损耗重新配置时间延迟 [14] - 未来需提升性能降低制造和部署成本以支持HPC和数据中心规模增长对功耗时延可靠性的高要求 [19]