摘要：谷歌通过OCS技术将数据中心网络吞吐量提升30%，功耗降低40%，资本开支下降30%，这一切是如何实现的？近年来，随着人工智能、云计算和大数据的迅猛发展，传统数据中心网络架构已难以满足高效、低功耗、低延迟的通信需求。在这一背景下，光路交换技术（OCS，Opti

谷歌通过OCS技术将数据中心网络吞吐量提升30%，功耗降低40%，资本开支下降30%，这一切是如何实现的？近年来，随着人工智能、云计算和大数据的迅猛发展，传统数据中心网络架构已难以满足高效、低功耗、低延迟的通信需求。在这一背景下，光路交换技术（OCS，Optical Circuit Switch）作为新兴的全光交换设备，正凭借其独特的技术优势成为AI超级计算和数据中心网络架构的关键创新底座。

01 什么是OCS技术？

OCS，全称为Optical Circuit Switch，即光路交换机。它是一种能够在光域内直接完成信号交换的设备，通过重构光信号本身的物理路径，在输入/输出端口之间建立专用光路。与传统电交换机不同，OCS无需光电转换过程，实现了真正的全光交换。这就像是在拥堵的城市交通中，不是让汽车跑得更快，而是直接建立一座立交桥，开辟全新的通道。

OCS的工作原理基于光信号的物理路径重构，无需进行光电转换，消除了传统网络架构中高能耗的“光 - 电 - 光”转换环节。其核心是通过物理层直接建立输入/输出端口的专用光路，实现光信号的“直接光交换” 。OCS光交换机不需要交换芯片，单纯通过光的反射、折射等物理原理来实现光信号的路由与交换，中间无需光电转换过程，这不仅极大地提升了交换效率，还显著降低了能耗和延迟。

02 为什么需要OCS？

AI计算集群规模不断扩大，从数万到数十万计算节点协同运作，产生的网络延迟成倍增加。传统数据中心网络架构面临严峻挑战。传统交换机需要将光信号转换成电信号进行处理，然后再转换回光信号输出，这个过程耗时又费力。即使是先进的CPO（共封装光学）交换机，也仅仅是现有电交换架构的升级方案。

以大型AI训练为例，在传统网络架构下，随着计算节点的增多，节点间的数据传输量呈几何级增长，传统交换机的处理能力逐渐捉襟见肘，导致数据传输延迟大幅增加。例如，当一个AI训练集群从1万个节点扩展到10万个节点时，基于RoCE协议的400G网络时延可能从1毫秒增加到5毫秒以上 ，严重影响训练效率。

OCS则构建出一条截然不同的技术路径，直接消除光电转换环节，带来显著优势：

低延迟：接近0延迟（规避光电转换），相比传统电交换机的数百微秒，可降低99%以上。在实时性要求极高的金融交易场景模拟中，OCS技术可以将交易信息的传输延迟降低至微秒级，使得交易决策能够更迅速地执行，有效提升交易效率和竞争力。

低功耗：无需光电转换模块，功耗降低30 - 50%。以一个拥有10万台服务器的数据中心为例，若采用OCS技术，每年可节省数百万度电，大大降低了数据中心的运营成本和对环境的能源消耗压力。

高带宽：支持多速率传输，理论交换速度达电交换芯片的1000倍。在高清视频内容制作领域，大量的高清视频素材需要快速传输和处理，OCS的高带宽特性能够确保素材的快速传输，加速视频渲染和后期制作流程，满足行业对高效内容创作的需求。

高可靠性：网络故障间隔从分钟级压缩至小时级。在大型电商的促销活动期间，大量用户同时访问服务器进行购物，OCS技术保障了网络的高可靠性，有效减少了因网络故障导致的交易中断和用户流失，确保电商平台的稳定运营。

成本优势：硬件采购成本减少三成，OCS相关硬件成本不足超级计算系统总成本的5%。以一套价值10亿元的超级计算系统为例，采用OCS技术后，硬件采购成本可降低约3亿元，这使得在有限的预算下能够构建更强大的计算能力。

03 OCS的三大技术路线

目前OCS技术尚未完全收敛，主要有三种技术路线竞相发展：

MEMS方案：通过硅晶圆上的微型反射镜阵列改变输入光束的传播方向，技术相对成熟，光库科技与Calient合作推出的整机产品已在光博会亮相。其优势在于高可靠性、小体积、低成本、易部署，全球部署超75万光纤连接器。MEMS方案在数据中心的长距离光纤连接中表现出色，其高可靠性确保了数据的稳定传输，小体积和低成本也便于在现有数据中心基础设施中进行大规模部署。

数字液晶(DLC)方案：利用液晶分子在外部电场作用下的偏转特性实现对光束传播方向的精确控制。Coherent公司的新型设备已开始产生收入，其300端口方案（8RU高度，双向收发 + 冗余端口）和64端口方案（2RU高度）在光博会亮相，关键部件钒酸钇晶体由腾景科技提供。DLC方案适用于对端口密度要求较高的场景，如大型云计算数据中心，其能够在相对较小的空间内提供大量的端口连接，满足多租户、大规模数据处理的需求。

压电陶瓷直接光束偏转(DLBS)方案：通过压电陶瓷驱动光束转向（Polatis独家专利），可扩展至大型矩阵光开关（如576x576端口）。谷歌正积极测试该技术，切换时延低至毫秒级，系统损耗最低，特别适合高稳定性的AI集群互联场景。凌云光展出的48端口压电陶瓷OCS交换机是该技术的典型代表。在AI集群训练中，大量的计算节点需要高速、稳定的互联，DLBS方案的低时延和低损耗特性能够确保节点间的数据快速传输，提高集群的整体计算效率。

04 应用实践：谷歌的成功案例

谷歌是OCS技术的先行者，2023年在Jupiter数据中心网络中大规模部署OCS，取得显著成效：

• 网络吞吐量提升30%
• 功耗降低40%
• 数据传输完成时间缩短10%
• 网络故障间隔从分钟级压缩至小时级
• 硬件采购成本减少三成

在TPU v4/v7超级计算集群中，谷歌采用OCS构建3D环面网络，4096个TPU芯片形成64个cube，cube内部通过铜缆进行电交换通信，而cube之间则通过OCS构建起高效互联的3D环面网络拓扑。这种拓扑结构极大地提升了数据传输效率，减少了网络拥塞。谷歌2025年OCS采购量预计翻倍至2万台，压电陶瓷方案有望支撑更大规模GPU/TPU互联，动态调整集群拓扑，以适应不断增长的AI计算需求。

05 市场前景与产业链

市场调研机构Cignal AI预测，2029年OCS市场规模将突破16亿美元。2025年7月，开放计算项目（OCP）成立OCS子项目，Lumentum、谷歌、微软、英伟达、Coherent等企业成为初始成员，推动OCS技术向开放化、标准化发展。OCP的这一举措将加速OCS技术在全球范围内的推广和应用，促进不同厂商之间的技术交流与合作。

OCS产业链已形成完整生态：

整机厂商：中际旭创（PE 25倍）、光库科技（PE 116倍）、凌云光（PE 51倍）、德科立（PE 32倍）。这些厂商不断加大研发投入，推出更先进的OCS整机产品，满足市场对高性能、低功耗光交换设备的需求。

核心零部件：腾景科技（钒酸钇晶体龙头，PE 73倍）、赛微电子（PE 78倍）、炬光科技（PE 81倍）。核心零部件厂商专注于技术创新，提升零部件的性能和质量，为OCS整机的发展提供坚实支撑。

光纤/连接器：长芯博创（长飞光纤子公司，PE 53倍）、长飞光纤。光纤和连接器厂商积极研发适配OCS技术的产品，提高光纤传输性能和连接稳定性，确保光信号的高效传输。

国内厂商积极布局：华为推出全光交换机Huawei OptiXtrans DC808（MEMS技术），在Interop Tokyo 2025展会上获特别奖，其先进的技术和卓越的性能得到了国际认可；光库科技与Calient合作推出整机产品，不断拓展市场份额；凌云光与Polatis合作开发压电陶瓷OCS技术，提升自身在OCS领域的技术实力；德科立硅基OCS获海外样品订单，产品质量和性能得到了国际客户的认可。

06 挑战与未来方向

尽管前景广阔，OCS技术仍面临多重挑战：

1. 成本压力：OCS交换机本身的成本较高，部署可能需要对现有光模块等周边器件进行升级或重新设计，初期投入压力显著。目前，一套高端的OCS交换机价格可能是传统电交换机的数倍，这限制了其在一些对成本敏感的场景中的应用。

2. 标准化滞后：行业尚未形成统一技术标准，不同厂商设备的兼容性问题可能延缓大规模部署进程。例如，在多数据中心互联场景中，由于不同厂商OCS设备的接口标准不一致，导致设备之间的互联互通存在困难，增加了系统集成的难度和成本。

3. 技术局限：切换时间较长（几十毫秒到几百毫秒），难以满足高并发随机通信需求，主要专注于周期性、可预测流量场景。在金融高频交易等对实时性要求极高的场景中，OCS的切换时间可能无法满足快速响应的需求。

4. 竞争格局：电交换技术的持续迭代和光电混合方案（如CPO）的发展，也在对OCS形成替代性竞争。CPO技术在某些场景下具有成本和技术成熟度的优势，可能会与OCS技术形成竞争态势。

未来OCS技术的发展方向包括：

开发更快切换速度，支持分布式AI/ML工作负载对更频繁拓扑优化的需求。通过研发新型的光交换材料和技术，如基于量子点的光开关，有望将切换速度提升至微秒级甚至更低，满足分布式AI/ML工作负载对快速拓扑优化的需求。

降低系统成本，推动OCS在数据中心Spine层的渗透率提升。通过规模化生产、技术创新等手段降低OCS系统成本，提高其在数据中心Spine层的性价比，从而提升其渗透率。

加速标准化进程，促进产业链协同创新。行业协会和标准化组织应加强合作，制定统一的OCS技术标准，促进不同厂商之间的协同创新，推动OCS技术的快速发展。

探索与液冷技术的结合，进一步提升数据中心能效。将OCS技术与液冷技术相结合，通过优化散热设计，降低设备温度，提高设备性能和可靠性，进一步提升数据中心的能效。

谷歌、微软、英伟达等科技巨头已积极布局OCS技术。Lumentum和Coherent等厂商在2025年第二季度已实现OCS的初期收入，预计2026年将迎来快速增长。光博会成为OCS技术的展示舞台，华为、光库科技、凌云光等中国厂商在OCS整机和核心零部件领域持续发力。

OCS作为未来光通信的重要发展方向，不仅助力现有数据中心升级，更是实现跨区域算力整合、构建“AI超级工厂”的关键技术。随着技术不断成熟和生态日益完善，OCS有望引领下一个光子通信时代，为全球AI算力网络提供高效、低耗、低延迟的底层支撑。

来源：火流星上的小金牛