摘要：随着生成式人工智能（AIGC） 以前所未有的速度席卷全球，AI大模型的参数量呈指数级增长，对算力的需求也随之爆炸。作为算力基础设施的核心，数据中心正面临着功耗、带宽和时延三大 前所未有的挑战。传统的电交换网络架构在支撑超大规模AI集群时已逐渐显现瓶颈。在此背景
随着生成式人工智能（AIGC） 以前所未有的速度席卷全球，AI大模型的参数量呈指数级增长，对算力的需求也随之爆炸。作为算力基础设施的核心，数据中心正面临着功耗、带宽和时延三大 前所未有的挑战。传统的电交换网络架构在支撑超大规模AI集群时已逐渐显现瓶颈。在此背景下，一项曾在20世纪90年代末电信泡沫时期备受关注、后又沉寂多年的技术——光电路交换 （Optical Circuit Switching, OCS），正被行业“重新发现” ，并被赋予了新的历史使命。
OCS并非一项新技术，但在AIGC时代，它从一项边缘的测试自动化工具，一跃成为解决下一代智算中心网络瓶颈的战略选择。它通过在物理层构建纯光通路，有望从根本上颠覆数据中心的网络能效和架构范式。
本报告旨在剖析2025年OCS市场的全貌。我们将从AIGC带来的根本驱动力出发，系统性拆解OCS从核心器件到系统架构的技术细节，全景式描绘当前市场的主要玩家、竞争格局与生态博弈，并最终对未来的技术演进路线和市场趋势做出研判。多个市场研究机构的预测高度一致地指向了同一个结论：OCS市场正处于爆发的前夜。例如，Cignal AI预测，到2028年，OCS市场规模将超过10亿美元，而Lightcounting的数据也显示, OCS出货量预计将从2023年的1万台增长到2029年的超过5万台，这预示着一个全新的高增长赛道正在形成。
AI模型复杂度与数据中心能耗增长趋势
关键要点
驱动力：AIGC对算力的⽆尽需求是OCS市场复兴的根本原因。核心价值：OCS通过避免光-电-光转换，提供超低时延、超高带宽和极低功耗的连接。市场信号：以Google为首的超大规模数据中心已成功部署并验证其价值，引爆行业关注。未来趋势：OCS市场预计在未来5年内实现数倍至数十倍的增长，成为光通信领域最具潜力的赛道之⼀。要理解OCS为何在2025年成为焦点，必须首先审视其所要解决的问题。当前，绝大多数数据中心采用基于电交换机（ Electronic Packet Switch, EPS）的Spine-Leaf（脊叶） CLOS网络架构。这种架构在传统云计算场景下表现优异，但在面对AIGC带来的超大规模、高并发的GPU集 群通信需求时，其固有的局限性开始凸显。
1. 传统数据中心网络（Spine-Leaf架构）的极限
AIGC训练任务，特别是大模型并行训练，产生了大量需要跨GPU、跨机架、甚至跨集群的高带 宽、低时延集合通信流量。这给传统电交换网络带来了严峻挑战。
性能瓶颈：随着集群规模从数千卡扩展到数万甚至数十万卡，CLOS架构需要堆叠更多层级的电交换机。数据包每经过一级交换机，都需要一次光-电-光（OEO）转换和排队转发，这不仅累加了端到端的通信时延，也增加了网络拥塞的概率。华为指出, 当集群升级到三层CLOS架构时，拥塞点增多，时延变大，网络拥塞控制的复杂度急剧升高。功耗与成本危机：AIGC数据中心面临“两高两低”（高带宽、高可靠、低功耗、低时延）的严峻挑战。电交换机芯片和配套的高速光模块是数据中心的“耗电大户”。集群规模的线性增长，导致网络设备数量激增，带来了巨大的电力消耗和散热成本。据Applied Materials引用的数据，到2028年，美国数据中心的用电量可能占全国总电力的6%，是2024年的两倍。扩展性与可靠性难题：传统架构的扩展性较差。当需要扩容集群时，往往涉及复杂的网络重新规划和大规模的光纤重新布线，这不仅耗时耗力，更会导致训练任务长时间中断。此外，网络中的光模块数量庞大，而它们恰恰是网络故障的主要来源。据统计，某商用智算集群每年因光模块失效影响训练任务超过100次，严重影响了昂贵AI任务的连续性和稳定性。NVIDIA利用L1层动态可重构性（OCS实现）将故障收敛时间从小时级降至秒级
2. OCS的核心价值：重构物理层连接
面对电交换的瓶颈，OCS提供了一种全新的解题思路。它不是在电层面处理数据包，而是在光层面直接“接通”一条物理光路。数据在这条光路中以纯光（OOO, Optical-Optical-Optical）形式 端到端传输，彻底绕过了耗时耗电的OEO转换环节。
OCS的核心优势精准地解决了传统架构的痛点：
超低时延与功耗：一旦光路建立，数据传输时延仅取决于光的物理传播速度，可达纳秒级，远低于电交换的微秒级。在稳态下, OCS由于没有复杂的信号处理，功耗相比同等端口规模的电交换机可降低90%以上。高带宽与协议透明：光路本身对传输的数据速率和协议不敏感，这意味着无论是现在的400G/800G，还是未来的1.6T甚至3.2T，OCS都能平滑支持，为网络提供了极佳的“前向兼容性”。架构灵活性与高可靠性：OCS实现了物理层（ L1） 的软件定义和动态重构。网络可以根据AI训练任务的特定流量模式（Traffic Pattern） 动态调整拓扑，以最优方式匹配算力需求。同时，当检测到链路或设备故障时，OCS可以毫秒级或秒级速度切换到备用光路，快速旁路故障点，极大提升了整个集群的可靠性和可用率。如NVIDIA在其AI服务器和Leaf节点之间引入OCS，就是为了实现快速的故障保护与恢复。3. 行业先驱的示范效应：Google的“阿波罗计划”
如果说OCS的理论优势早已存在，那么Google的“阿波罗计划”（Project Apollo）则是将理论付诸实践、并彻底引爆市场的关键催化剂。从2022年开始，Google陆续披露了其在自研的TPU v4和v5 AI集群中大规模部署OCS的细节。他们内部开发并部署了基于3D MEMS技术的OCS，用于 数据中心内部的互连。
Google的实践成果是惊人的。在公开演讲中，Google展示的数据表明，采用OCS方案后，其交换网络实现了40%的功耗节省、30%的成本降低，以及高达50倍的长期正常运行时间提升。这些难以忽视的数字，强有力地证明了OCS在超大规模集群中的可行性和巨大商业价值。Google的成功不仅为整个行业树立了标杆，也通过人才流动（ “Google工程师的交叉授粉”）将OCS的理念和经验传播到了其他云厂商和设备商，直接催生了当前OCS市场的蓬勃发展。
Google在其TPU v4集群中采用的OCS互联解决方案示意图
OCS的实现依赖于一系列复杂而精密的光电子技术。本部分将自下而上，从实现光路切换的三大主流技术路线，到支撑整个生态的关键光电子器件，再到OCS如何与现有网络架构融合创新，进行全面的技术拆解。
1. 主流技术路线对决：谁主沉浮？
当前，实现OCS功能主要有三种主流技术路线：MEMS、液晶（ Liquid Crystal）和硅基光子 （Silicon Photonics）。它们在性能、成熟度和成本等方面各有千秋，形成了不同的竞争阵营。
基于光束偏转控制原理的OCS技术示意图，如DirectLight技术
MEMS (微机电系统)：这是目前最成熟、应用最广泛的技术。其原理是通过电信号驱动成千上万个微米级的反射镜阵列进行物理偏转，从而将输入光纤的光束精确反射到指定的输出光纤，实现光路的切换。MEMS技术的优势在于技术成熟度高, 具有极低的串扰和波长/偏振不敏感性, 且易于扩展到大端口数（如320x320甚至更高）。其主要缺点是开关速度在毫秒（ms）量级，属于机械式切换。代表厂商包括Lumentum、Calient和中国的光迅科技。液晶 (Liquid Crystal, LC)：该技术利用液晶分子在电场作用下会发生偏转，从而改变通过光线的偏振态，再配合偏振分束器等元件实现光路的切换。其最大优势是完全没有机械活动部件, 因此可靠性极高、功耗低。但其性能对环境温度较为敏感，且在大规模端口扩展方面面临比MEMS更大的挑战。该路线的旗帜性厂商是 Coherent。硅基光子(Silicon Photonics, SiPho)：这是最具颠覆潜力的新兴技术。它借鉴半导体行业的CMOS⼯艺，在硅晶圆上通过光刻技术制造出微米甚至纳米级别的光波导结构，如马赫- 曾德干涉仪（MZI）或微环谐振器（MRR），通过电或热的方式改变波导的光学特性，实现纳秒（ns）级的超快速光路切换。SiPho的优势在于开关速度极快、集成度高，具备大规模、低成本制造的潜力。然而，目前其技术挑战在于插入损耗和串扰控制相对较难，整体技术仍在快速成熟中。代表厂商主要是 iPronics、Salience 等一批创新型初创公司。三大主流OCS技术路线性能对比
2. 关键光电子部件：OCS生态的基石
OCS交换机并非孤立的设备，它的成功部署依赖于一个完善的光电子器件生态系统，其中最核心的是OCS优化光模块。
OCS优化光模块
一个关键问题是，OCS本身会给光路带来额外的插入损耗（Insertion Loss），通常在3dB左右。标准的400G或800G光模块在设计时并未考虑这部分损耗，其功率预算（ Power Budget） 可能不足以支持经过OCS后的长距离传输。为此，行业领先者推出了“OCS优化光模块”。
Coherent在OFC 2025上就发布了此类产品，它们通过提升激光器的输出功率和接收器的灵敏度，补偿了OCS带来的额外损耗，确保即使在引入OCS后，数据中心仍能维持原有的2km或6km的链路距离，无需对物理布局做任何妥协。这些模块覆盖了400G FR4、800G (2x400G) FR4/LR4-6等主流标准，并计划推出1.6T版本，为OCS的规模部署铺平了道路。
可调谐激光器与WDM技术
为了进一步提升OCS系统的交换容量和网络灵活性，WDM（波分复用）技术被引入。通过在单 根光纤上承载多个不同波长的光信号，可以实现端口的“复用”。波长选择开关（WSS）是实现这 一功能的关键器件，它可以在一个WDM信号中，将任意波长或波长组切换到不同的输出端口。而可调谐激光器（Tunable Laser）则允许光模块动态改变其发射波长，配合WSS，可以实现非常灵活的、软件定义的波长路由和资源分配。
3. 整机系统与架构创新：OCS如何重塑数据中心
在系统层面，OCS的引入正在催生新的数据中心网络架构。
架构应用：Spine交换机替代与混合交换
最直接的应用场景是用OCS替代传统CLOS架构中的Spine（核心）层电交换机。由于Spine层主 要负责汇聚和转发Leaf层之间的大流量，流量模式相对稳定，非常适合用OCS构建⼀个高带宽、低功耗、完全无阻塞的全光交换背板。这种架构催生了“光层一次规划、 电层分步扩容”的创新建设模式。 即一次性部署一个大规模的OCS光底座，后续根据业务增长，按需增加服务器和Leaf交换机，实现集群的平滑、无中断扩展。华为提出的光电混合集群解决方案就是这一理念的典型代表。
技术对比：OCS vs. CPO（共封装光学）
在探讨下一代数据中心网络技术时，CPO（Co-Packaged Optics）是另一个备受瞩目的焦点。理解OCS与CPO的区别至关重要。
⼀个精辟的总结是：OCS是网络架构创新，旨在改变“怎么交换”；而CPO是硬件封装创新，旨在改变“怎么连接”。
CPO通过将光引擎（Optics）和交换芯片（ASIC）封装在同一个基板上，极大地缩短了两者之 间的电信号传输距离，从而显著降低接口功耗、提升带宽密度。NVIDIA在GTC 2025上发布的 Spectrum-X Photonics交换机就是CPO技术的代表。然而，CPO交换机本身仍然是处理数据包的电交换机。OCS和CPO并非相互排斥，而是可以互补。未来的数据中心网络很可能是⼀种混合架构：CPO技术为交换机提供超高密度的光I/O接口，而OCS则在这些接口之上，负责灵活、高效地调度光路资源。
特性OCS 交换机 (光电路交换)CPO 交换机 (共封装光学)技术本质网络交换架构 ，建立端到端纯光通路硬件封装技术，将光模块与交换芯⽚集成工作方式光层物理连接，无OEO转换仍为电分组交换，但优化了电-光接⼝交换粒度电路级（粗粒度），适合长连接、大象流分组级（细粒度），适合动态、突发流量主要优势超低传输时延、协议/速率透明、稳态功 耗极低超⾼带宽密度、显著降低接口功耗、简化板级设计主要挑战连接建立有开销、调度算法复杂、不适 合小包交换散热、可维护性、良率、成本、生态系统成熟度典型应用AI集群拓扑重构、Spine层替代、故障旁 路下⼀代超高带宽（102.4T+）数据中心交换机在技术驱动和市场需求的双重作用下，2025年的OCS市场呈现出多元化的竞争格局。老牌光通信巨头、科技初创公司、超大规模云厂商以及中国力量共同构成了这个快速演进的生态系统。
1. 市场规模与增长预测
不同市场研究机构对OCS市场的具体规模预测存在差异，这反映了市场尚处早期、潜力巨大的特点。但所有预测都一致指向了惊人的高增长率。
Cignal AI预测，到2028年市场规模将超过10亿美元，并指出Google在过去五年已投入5亿至10亿美元。Market Monitor Global 的数据显示，全球OCS市场将从2024年的3.35亿美元增长到2031年的19.85亿美元，复合年增长率（CAGR）高达18.5%。Global Info Research 的预测则相对保守，认为市场将从2024年的7410万美元增长到 2031年的3.88亿美元，CAGR为18.9%。尽管具体数字有别，但普遍接近20%的CAGR预示着OCS市场即将进入一段高速扩张期，其驱动 力主要来自北美和亚太地区的大规模数据中心建设。
全球OCS市场规模预测对比（2024年~2031年）
2. 主要玩家阵营分析 (Player Landscape)
OCS市场的参与者可以大致分为四个阵营：
这个阵营由拥有成熟技术和强⼤制造能⼒的光通信巨头组成。
Lumentum：作为MEMS技术的长期领导者，其产品以高可靠性著称。其R300 OCS（300x300端口）产品已在2025年向多家超大规模客户送样，预计下半年实现通用供货，占据了市场先机。Coherent：策略独特，同时掌握液晶和MEMS（通过收购）两种技术。其基于数字液晶技术的OCS主打超高可靠性，同时提供从交换机到OCS优化光模块的端到端解决方案，生态布局完整。Calient：资深的3D MEMS OCS厂商，以提供业界最高端口密度的产品而闻名，其产品线已覆盖高达640x640的端口矩阵。华为：作为系统设备巨头，华为将OCS定位为其光电混合智算集群解决方案的关键部分，强调其在大规模组网、弹性扩展和提升集群整体能效方面的价值。Coherent公司的OCS交换机（左）及其配套的OCS优化光模块（右）
第二阵营：新兴技术挑战者
主要由专注于硅光子等颠覆性技术的初创公司构成。
iPronics：来自西班⽛的初创公司，是硅光OCS赛道的领跑者。于2025年3月发布了全球首款基于硅光子的商用OCS产品ONE-32，主打纳秒级超快切换速度，瞄准对时延极度敏感的应用场景。Salience, Ayar Labs等：众多获得风险投资的光子学初创公司正瞄准AI数据中心的光互联市场，例如Salience已获得数千万美元融资用于开发其光交换技术，它们是推动技术创新的重要力量。第三阵营： 需求定义者与推动者
超大规模数据中心运营商是OCS技术最主要的需求方和最终用户，他们的选择深刻影响着整个产业的方向。
Google：通过“阿波罗计划”成为事实上的行业标准定义者和技术布道者。NVIDIA：作为AI算力的领导者，已将OCS用于其AI集群以提升网络韧性。其未来对更大规模集群网络的需求，将是OCS市场增长的关键驱动力。第四阵营：中国力量
中国厂商在光通信领域拥有深厚的积累，正快速切入OCS赛道。
光迅科技 (Accelink)：作为中国光器件龙头，展现了强大的垂直整合能力。在OFC 2024上，光迅科技不仅发布了基于自研MEMS技术的OCS整机，还积极参与LPO等行业标准制定，并与思科等国际巨头联合展示1.6T硅光模块，显示了其全面的技术布局和开放合作的姿态。锐捷网络 (Ruijie)：作为领先的网络设备商，锐捷在CPO/NPO交换机领域已有布局, 并关注全光网络解决方案，未来有望将OCS技术融入其数据中心产品组合。3. 生态系统与标准化进程
一个健康的市场离不开开放的生态和统一的标准。Open Compute Project (OCP) 在2025年成立了OCS子项目, 旨在推动开放规范的制定、OCS与软件定义网络（SDN）的集成以及设备间的互操作性。这一举措至关重要，它将打破厂商锁定，降低用户的使用门槛，从而加速OCS技术的普及。Lumentum、iPronics等主要厂商都是该项目的重要参与者。
此外，产业链上下游的紧密合作也日益增多。例如，OCS整机厂商与上游光学元件供应商（如为Coherent供应棱镜、透镜的腾景科技）的合作，以及与下游交换机、服务器厂商的协同，共同构成了OCS产业繁荣的基础。
第四部分：未来展望与战略总结——通往智能光网络的演进之路
站在2025年的时间节点上，OCS的技术演进路径和市场发展趋势已日渐清晰。它不仅是对现有网络架构的补充和优化，更可能引领一场通往“自智网络”的深刻变革。
1. 技术演进路线图 (Roadmap)
OCS的技术发展将遵循⼀个从成熟到颠覆、从硬件到软件的演进路径。
利⽤磁光材料与硅微环谐振器集成的光子内存计算概念，代表了光技术与计算融合的未来方向
2. 面临的挑战与机遇
尽管前景广阔，OCS的规模化普及仍面临一些挑战：
成本：虽然OCS的长期总拥有成本（TCO）具有优势，但其初期部署成本相对较高，这可能会影响部分客户的采购决策。软件与控制：OCS的价值高度依赖于上层强大的软件定义网络（SDN）控制器。光路重构的调度算法是一个复杂的NP-Complete问题，尤其在需要实时响应的多租户GPU集群中，开发高效、智能的控制平⾯是关键挑战。生态与运维：作为⼀个新兴生态，设备间的互操作性、统一的管理接口以及自动化的故障诊断和运维工具链仍需时间来完善和成熟。然而，挑战与机遇并存。OCS带来的机遇是革命性的：
能效革命：在全球能源日益紧张和“碳中和”目标的大背景下，OCS是构建绿色、可持续数据中心的核心技术之一，具有巨大的社会和经济价值。架构变革：OCS为数据中心网络设计提供了全新的维度，是后摩尔时代通过架构创新延续计算性能增长的关键路径。产业机遇：OCS市场的兴起将带动从基础材料、光学元件、光电子芯片到系统集成和软件开发的整条产业链的创新与增长。3. 最终结论
2025年是OCS市场从“概念验证”走向“规模部署”的关键转折点。在AIGC驱动的算力竞赛中，OCS已不再仅仅是一个技术选项，而是应对挑战的“战略必选”。
未来几年，我们将见证⼀个由MEMS技术领跑、硅光子技术紧追、多种技术路线并存发展的多元 化市场。那些能够掌握核心光交换技术、深度参与开放生态、并能提供软硬一体化解决方案的厂商，无疑将在未来十年的数据中心网络变革中占据最有利的位置。光电融合的智算网络新时代， 正由OCS开启。
来源：拥抱数字化
