研判2025年！全球及中国光交换机行业市场动态、应用现状及研发方向分析：光交换机在数据中心应用前景广阔[图]

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。

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。

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。

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%。

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。TPU v4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。

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。

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。

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 Huawei OptiXtrans DC808，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 Huawei OptiXtrans E6600/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 ZTE iCampus 行业数智全光方案。

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。

以上数据及信息可参考智研咨询（www.chyxx.com）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》。智研咨询是中国领先产业咨询机构，提供深度产业研究报告、商业计划书、可行性研究报告及定制服务等一站式产业咨询服务。您可以关注【智研咨询】公众号，每天及时掌握更多行业动态。