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从分组交换到光电路交换：OCS在电信与AI基础设施中的工程价值

来源：凌云光技术股份有限公司 更新时间：2026-01-23 09:15:24 阅读量：12
导读：POLATIS? OCS 基于 DirectLight? 技术，实现稳定的全光交换。
在电信网络、云计算与人工智能基础设施持续演进的背景下，互连技术的重要性正在被重新定义。长期以来，网络互连体系主要建立在电子分组交换（Electronic Packet Switching，EPS）之上，该架构凭借技术成熟、协议完善和良好的规模化能力，支撑了互联网和数据中心的快速发展。随着光—电—光（OEO）技术的成熟，EPS 在相当长一段时间内被视为兼顾性能与成本的主流实现方式。
然而，随着 AI 训练规模持续扩大、数据中心内部东西向流量快速增长，以及电信网络向虚拟化、云化架构演进，传统以电子分组交换为核心的互连架构在带宽扩展能力、时延可控性以及系统能效方面逐渐暴露出局限。尤其是在对高带宽、低时延和连接确定性要求更为突出的应用场景中，业界开始重新思考互连的实现路径，光电路交换（OCS）也由此再次进入技术讨论的核心视野。
互连为何成为关键：
现代数字基础设施的底层支撑
互连技术往往处于系统架构的“幕后”，却在很大程度上决定着数字基础设施的整体运行效果。无论是电信核心网中的业务流量路由，AI模型的实时推理，合法监听系统的稳定运行，还是数据中心之间的灾备与容错机制，其系统性能的优劣，最终都取决于底层互连架构的效率与能力。
随着业务负载日益呈现出分布式和数据密集型特征，系统对互连提出了更为严苛的要求：更高的带宽、更低的时延以及更优的能效表现。这种需求增长并非线性，而是随着应用规模和复杂度被快速放大，其影响范围也从计算集群扩展至电信网络、监控系统以及云原生架构等更广泛的基础设施场景。
现有系统中的互连实现方式
在传统架构中，无论是电信网络还是数据中心系统，互连主要依赖电子分组交换设备，包括以太网（Ethernet）、IP/MPLS 网络以及 InfiniBand 等。这类架构的共同特征是：在信号传输与交换过程中，需要多次进行光—电—光（OEO）转换。
在系统规模较小时，这些转换带来的额外开销并不明显；但随着系统规模扩大、链路速率提升以及端口数量增加，OEO 转换引入的时延与功耗开销会被显著放大，逐步演变为影响系统整体性能与能效的关键因素。其在不同应用场景中的影响表现为：
  • AI/ML 计算集群：在大规模并行训练场景下，GPU 之间的高频通信更容易形成瓶颈，影响分布式训练效率与计算资源利用率；
  • 电信网络：随着路由与转发路径变长，系统整体能耗成本上升，系统可扩展性受限。
总体来看，这些问题反映了以电子分组交换为核心的传统互连模式，在大规模计算、实时通信和高并发数据流并存的条件下，难以同时满足性能、时延确定性和能效方面的综合要求。
光电路交换（OCS）：互连技术范式的转变
光电路交换（Optical Circuit Switching，OCS）从机制层面改变了传统互连的实现方式。不同于在网络中反复进行光—电—光（OEO）转换，OCS 将信号始终保持在光域内完成端到端传输，从源端直达目的端，尽量减少中间的电子处理环节。
可以将 OCS 理解为一种由软件控制的可重构光路连接系统：当两台服务器或两个机架需要通信时，OCS 会在毫秒级时间尺度内为其建立一条专用的光学通道。在这条通道上，不涉及分组解析，不需要排队和缓存，也无需多级转发和信号转换，从而避免由分组处理引入的额外时延与不确定性。
在具体实现层面，OCS 可基于多种技术路线构建，包括压电陶瓷、MEMS 微镜、液晶器件以及硅光子等，用于对光路进行精确控制。这些技术使 OCS 能够以非阻塞（Non-blocking）的方式实现光路切换，并在保持系统可扩展性的同时，支持更大规模的端口数量和灵活重构需求，为现代数据中心与电信网络的互连升级提供可选路径。
OCS 相较传统交换架构的关键优势
OCS 与传统基于 OEO 的交换架构之间的差异，不仅体现在单一性能指标的提升，而体现在互连机制与系统运行方式的根本不同。通过将信号始终保持在光域内完成端到端传输，OCS 避免了分组解析、多级转发及缓存排队等电子处理环节，从系统层面构建出确定性更强、时延更低、能耗更优且更易扩展的互连路径，为高性能互连提供了不同于电子分组交换的实现方式。
特性
传统 OEO 交换机
光电路交换（OCS）
信号转换
每跳均需进行OEO转换
全程保持为光信号，无需转换
时延特性
每跳微秒级时延
端到端纳秒级，时延确定性强
能耗
高(依赖大量电子器件与处理)
极低(被动光路，无需电子处理)
带宽扩展性
受限于ASIC I/O，扩展需升级芯片
不限带宽，速率无关
传输确定性
分组交换，路径动态、时延波动大
专用光路，路径固定且可预测
维护复杂度
架构复杂、功耗高、可视性较差
结构简洁、路径透明、易部署与扩展
OCS 具备显著优势的典型应用场景
正是由于上述互连机制上的差异，光电路交换（OCS）在对带宽、时延以及连接确定性高度敏感的应用场景中，能够将架构优势直接转化为系统价值。通过在光域内实现按需直连与可重构连接，OCS 构建了一种高容量、低时延、低能耗且行为可预测的互连体系，在需要同时满足高并发通信与稳定连接特性的场景中，展现出尤为显著的优势：
  • AI/ML 工作负载：在 GPU 或其他加速器之间提供高带宽、低时延的互连通道，适配大规模并行通信及光互连、光计算等新型架构需求。
  • 电信核心网络：支持光路的动态重构与灵活调度，可在业务高峰或链路异常情况下绕开拥塞节点，提升网络整体吞吐能力与业务连续性。
  • 合法监听：通过建立专用、安全的光学通道实现业务流量采集与监测，避免分组解析带来的处理开销，同时提升系统稳定性与实时性。
  • 灾备与容灾：支持地理位置分散的数据中心之间快速重构光路，实现关键业务在故障情况下的快速切换与恢复。
  • 边缘计算与 5G：在边缘节点与中心云之间提供灵活、可扩展的互连能力，为分布式计算架构和新一代移动网络的持续演进提供支撑。
面向未来的互连架构演进
随着电信、云计算与计算系统的持续融合，互连架构正从基础支撑能力演变为具有战略意义的系统资产。光电路交换（OCS）并非只是提供更高速度的连接方式，而正在成为支撑解耦化、可组合以及面向能效优化的数据中心架构的重要基础能力之一。
面向未来的基础设施设计，将逐步围绕“能交换直连时优先交换，必须路由时才引入分组处理”的原则展开。通过 OCS 构建按需可重构的光学通道，使数据传输在保持高效率与低能耗的同时，能够更加灵活地适配不同工作负载和系统规模的动态变化。
POLATIS? OCS：
面向规模化部署的工程实践积累

作为 HUBER+SUHNER 旗下光电路交换专业品牌，POLATIS? OCS 凭借 25 年互连系统工程积累，基于自研专利 DirectLight? 光束偏转技术，为全光交换提供了极致稳定性与灵活性的实现基础。该技术通过紧凑型压电陶瓷驱动，对来自输入与输出光纤阵列的准直光束进行精确对准，实现低损耗、低失真且低串扰的光连接。

在系统层面，POLATIS? OCS 通过集成位置传感器构建闭环反馈机制，可在时间变化、温度波动及外部扰动等条件下持续校准光路对准状态，确保光连接在长期运行中的一致性与可靠性。同时，光路切换过程与链路中的光功率、波长及传播方向无关，不仅支持暗光纤的预配置，也避免了在网状或多级光交换网络中因级联切换而引入的额外时延。
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