电子行业动态：OCS光交换，带宽和功耗全面升级

OCS光交换，带宽和功耗全面升级 2025年08月29日 ➢OCS全光交换方案，突破交换机的带宽和功耗壁垒。光交换机（OpticalCircuit Switches，OCS）是一种基于纯光信号路径切换的核心技术设备，规避了传统电交换必需的光电转换环节。OCS作为电交换机的替代方案，能够实现更高效、更低延迟的数据传输，凭借其数据速率独立性，高带宽容量，低能耗，低延迟和可扩展性，解决传统电交换机面临的许多限制，满足现代数据中心对带宽、端口数量、功耗日益提升的需求。目前来看，OCS交换机由于具有更多的端口数量和更大带宽的特性，通常被应用在数据中心脊叶（spine-leaf）架构的spine层，提供稳定、大带宽直连通道的数据流。 推荐 维持评级 ➢谷歌引领，产业巨头加速入局。OCS目前有三大主流方案：1）MEMS方案，核心应用客户为谷歌；2）数字液晶（DLC）方案，目前主要由Coherent研发，已经在逐步导入CSP的供应链；3）直接光束偏转（DBS）方案，为Polatis的独家技术，目前仍未成熟。其中，谷歌作为OCS领域投入最大、应用最深入的厂商，在MEMS方案上已经进行了相当成熟的应用。谷歌的“Apollo”OCS平台基于MEMS方案，除此外，谷歌的TPU v4 Pod是第一台部署可重构OCS的超级计算机，由4096个定制设计的芯片组成，与48个OCS链接，专为大规模机器学习工作设计。 分析师方竞执业证书：S0100521120004邮箱：fangjing@glms.com.cn分析师宋晓东 执业证书：S0100523110001邮箱：songxiaodong@glms.com.cn 相关研究 1.PCB行业专题：AI PCB技术演进，设备材料发展提速-2025/08/222.PCB行业点评：覆铜板涨价，关注PCB上游投资机遇-2025/08/193.电子行业动态：eSIM有望重启，迎网联化+智能手机无卡时代-2025/08/164.AIDC电源系列二：液冷元年的“变与不变“-2025/08/155.电子行业动态：Oracle签300亿美元大单，英伟达算力需求旺盛-2025/07/09 ➢英伟达Spectrum-XGS以太网助力OCS渗透率加速提升。英伟达在8月22日推出Spectrum-XGS以太网，通过跨区域扩展（scale-across）技术将多个分布式数据中心组合成十亿瓦级AI超级工厂，scale-across是继scale-up和scale-out后AI算力互联的第三大支柱，进一步提升集群上限，优化集群性能。而OCS光交换机由于其端口数多、带宽大等特性，更适用于数据中心间的上层网络交换，英伟达scale-across带来的增量市场空间有望拉动OCS渗透率提升节奏。据Cignal AI估计，至2028年，全球OCS市场规模有望突破10亿美元，当前OCS仍处于渗透初期，成长空间可观。 ➢投资建议：算力集群互联带宽是提升算力性能的核心环节之一，而OCS具备高带宽、多端口、低功耗等优势，有望成为解决下一代电交换机互联瓶颈的重要方案。当前全球算力建设加速，数据中心间互联带宽持续提升，OCS产业链公司业绩兑现节奏有望加速，建议关注：1）OCS整机：中际旭创、德科立等；2）OCS核心零部件：腾景科技、赛微电子、炬光科技等；3）光纤及连接器：长飞光纤、长芯博创等。 ➢风险提示：产业推进不及预期的风险；行业关键技术突破不及预期的风险；竞争格局变化的风险。 目录 1.1 OCS通过全光交换带来性能突破....................................................................................................................................................31.2 OCS光交换方案一览.........................................................................................................................................................................41.3英伟达scale-across助力OCS市场扩张.....................................................................................................................................71.4 OCS产业协同，供应链不断成熟....................................................................................................................................................8 1OCS光交换机：全光互联时代的基石 1.1OCS通过全光交换带来性能突破 1.1.1OCS全光互联替代电交换机，性能优异 光电路交换机（Optical Circuit Switches，OCS）是一种基于纯光信号路径切换的核心技术设备，其工作原理完全规避了传统电交换必需的光电转换环节。OCS基于光交叉交换原理（在P个输入光端口和M个输出光端口之间进行切换）的光信号控制交换技术，其核心功能是实现光信号在不同通道间的动态切换，使服务器端口之间直接实现光互连，完成全光路的重构，整个过程不需要光-电-光（O-E-O）转换。 现代数据中心往往使用脊叶（spine-leaf）架构，OCS能够在脊柱层（spine层）提供稳定、大带宽直连通道的数据流，为进一步拓展数据传输性能提供了极具吸引力的方案。spine-leaf架构由两层组成：spine层（核心骨干交换机）和leaf层（接入交换机），leaf层直接连接数据中心内的服务器、存储设备和其他设备，该层的交换机负责将流量转发到spine层。Leaf层流量的特点是突发性强、连接数量多、但每个连接的数据量小，而spine层接收汇聚的数据流，具有大规模、持续性传输的特点。在传统的拓扑结构中，数据中心网络的spine层通常采用电交换机，需频繁进行电信号与光信号之间的转换。这一过程不仅消耗大量电力，还会引入显著的数据延迟，此外，若要在数据中心中部署此类架构，必须预先建设大规模的主干层，否则后续扩展将面临整体重新布线的挑战，造成高昂的资本支出。相比之下，OCS作为光电光的替代方案，能够实现更高效、更低延迟的数据传输，有助于spine层从分组交换向光转换的过渡。 资料来源：Polatis，民生证券研究院 OCS凭借其高带宽容量，低能耗，数据速率独立性，低延迟和可扩展性，可以解决电交换机面临的许多限制。 1）带宽容量高：OCS由于传输速率不受限制，能够充分利用光纤的容量，从 而更有效地利用网络资源，满足现代数据中心日益增长的带宽需求。 2）能耗低：由于消除了光电转换的需求，不需要放大器或中继器等功率密集型组件来进行长距离传输，OCS的能耗降低，成为更能满足可持续发展目标的技术。 3）数据传输速率独立：数据中心如今以多种数据速率运行，电交换机的固定数据传输速率带来了巨大限制，而OCS能够以多种速率连接，能够支持更快地扩展规模，其理论交换速度可达传统电交换芯片的1000倍以上，美国能源部阿贡国家实验室和普渡大学已在实验中验证该性能指标。 4）信号传输快：OCS能够通过避免光电转换从而实现接近0的延迟，这对于需要实时数据处理和低延迟通信的应用尤其有利。 5）可扩展性：在架构上，OCS架构天生具备更强的扩展能力，能够支持更多端口和更高的聚合吞吐，因此OCS能够满足现代数据中心动态且不断增长的需求。 1.2OCS光交换方案一览 OCS领域尚未形成统一技术标准，目前有三大技术路线并行发展——3DMEMS，数字液晶（DLC）和直接光束偏转（DBS）方案，各大厂商正在加速部署。 1.2.1MEMS方案 MEMS方案通过在硅晶圆上蚀刻微型反射镜阵列，并利用集成的静电或磁致动器驱动微镜的倾斜，以精确地改变输入光束的传播方向，将其路由至指定的输出端口。Lumentum在其R300产品中使用了MEMS方案，其MEMS技术已累积超过1万亿小时的现场微镜运行时间，对于提升OCS的可靠性和性能有显著作用。 资料来源："Apollo: Large-Scale Deployment of Optical Circuit Switching for Datacenter Networking," in OpticalFiber Communication Conference (OFC) 2023，民生证券研究院 谷歌作为OCS领域投入最大、应用最深入的厂商，在MEMS方案上已经进 行了相当成熟的应用。谷歌在OFC2023中展示的内部项目的“Apollo”OCS平台基于MEMS方案，对于该系统，OCS降低了30%的成本和40%的功耗，能够合理地控制成本。谷歌在脊置换与AI集群重构等实际场景中，充分展示了该技术在节能与架构灵活性方面的显著优势，有效推动了市场对该技术前景的关注。 除此以外，谷歌的TPU v4 Pod是第一台部署可重构OCS的超级计算机，由4096个定制设计的芯片组成，与48个OCS链接，专为大规模机器学习工作设计。为了将这些芯片立体结构互联起来，形成更大规模的Pod，谷歌则依赖于基于MEMS的OCS和光纤连接，即每个4x4x4的TPU立方体拥有96个光链路接口，最外侧六个面上的TPU与48个独立的OCS设备连接，内部的TPU之间通过电缆连接，从而构建了一个可重构的高速3D环面网络。 资料来源：TPU v4: An Optically Reconfigurable Supercomputer for Machine Learning with HardwareSupport for Embeddings.，民生证券研究院 资料来源：Google，民生证券研究院 据Cignal AI估计，从2020年至2024年，谷歌对OCS技术的投资累计已超过5亿美元，逐步将其深度融合至自身基础设施的多个应用层面。2024年谷歌已开始量产最新的第六代TPU v6，使用自主研发的OCS取代了脊柱交换机，通 过其擅长的软硬件集成，提高了计算集群效率，大大降低了TPU SuperPOD的功耗和成本。 1.2.2数字液晶（DLC）方案 数字液晶（digital liquid-crystal，DLC）是一种非机械的光学交换方案，其工作原理是利用外部电场改变液晶材料的折射率，从而实现对光路方向的精确控制。Coherent的OCS平台便基于此技术，该公司于18年前就已经将该项技术用于波长选择开关（WSS）中，具有丰富的技术使用经验，同时DLC技术只需要极低的驱动电压（低于10V）来切换其液晶单元，能够进一步保障OCS运行的可靠性。 资料来源：Coherent，民生证券研究院 1.2.3直接光束偏转（DBS）方案 直接光束偏转（DirectLight Beam-Steering）核心由三个部件构成：光纤准直器（fiber collimator）、二维压电致动器（2D Piezo Actuator）和精确位置传感器（position sensor）。每个准直器端口的转动位置均经过预先精确标定。系统通过压电效应驱动致动器产生二维伸缩位移，从而实现准直器的精密转动，并借助位置传感器实现闭环反馈控制，最终将两个光纤准直器精准对准至同一直线上。该技术是Polatis的独家专利技术，能够帮助OCS中的光精确转动与定位，不对光信号做任何其他处理，光性能良好。 资料来源：Polatis，民