通信行業(yè)AI硬件系列報告（一）——OCS光交換機：AI算力集群時代的新藍海.pdf

通信行業(yè)AI硬件系列報告（一）——OCS光交換機：AI算力集群時代的新藍海。AI大模型訓(xùn)練對通信帶寬、時延和功耗要求極高，OCS憑借其高帶寬、低延遲特性成為理想互聯(lián)解決方案。OCS（Optical Circuit Switch，光交 換機）是一種基于全光信號的交換設(shè)備，通過配置光交換矩陣在輸入與輸出端口間建立光學(xué)路徑，實現(xiàn)信號交換。相比傳統(tǒng)電交換機，OCS 無需光電轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)包處理，具備低延遲、低功耗、高可靠性的優(yōu)勢，且支持跨代設(shè)備無縫互聯(lián)，延長硬件使用壽命。OCS主要應(yīng)用于AI算 力集群的三大場景：Scale-Up（單節(jié)點性能強化，如谷歌TPUv4集群）、Scale-Out（多節(jié)點協(xié)同，如谷歌Jupiter架構(gòu)）和Scale-Across（跨數(shù)據(jù) 中心互聯(lián)，如英偉達DCI）。我們測算，在谷歌TPU集群中，一個包含4096個TPU v4芯片的集群需配備48臺136端口的OCS光交換機，TPU與 OCS比例約為85:1；未來TPU v7集群規(guī)模擴大至9216芯片時，因采用更高密度的320端口OCS，仍僅需48臺，比例提升至192:1，凸顯其擴展效 率。

谷歌等海外廠商引領(lǐng)下，全球OCS光交換機市場有望迎來高速成長期。全球OCS光交換機市場規(guī)模將從2020年的0.7億美元增長至2025年的7.8 億美元，年復(fù)合增長率達62%；預(yù)計到2031年市場規(guī)模將達20.2億美元，2025–2031年復(fù)合增長率約17.2%。目前市場競爭集中，2025年前四大 廠商占據(jù)約69%份額，谷歌、Coherent等為主要參與者。

OCS產(chǎn)業(yè)鏈分為上游核心器件、中游設(shè)備集成與下游應(yīng)用，技術(shù)壁壘高，市場參與者多集中于單一環(huán)節(jié)。上游核心是MEMS微鏡陣列等光器 件（代表廠商如賽微電子），中游由國際廠商主導(dǎo)設(shè)備集成（如Lumentum），國內(nèi)光庫科技等參與代工與方案定制；下游需求則集中于谷歌 等巨頭的AI數(shù)據(jù)中心，驅(qū)動其在高性能計算中的規(guī)模應(yīng)用。上游核心器件是產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)壁壘最高的環(huán)節(jié)，價值量占比高。