算力新增量！下一代全光互联！OCS交换机深度解析（附相关企业）
9月12日，为期三日的第26届中国光博会落下帷幕。会上，OCS作为下一代交换技术的主流方向之一被重点展示，包括光库科技、凌云光在内的多家厂商纷纷展示了各自的OCS方案和产品。#OCS# #交换机#
光博会后OCS产业链持续发酵，叠加Coherent此前透露，其基于液晶技术的OCS已获得首笔订单，共同推动了市场对OCS技术进展的关注。
01、OCS交换机
OCS交换机（Optical Circuit Switches）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。
（资料来源：谷歌，国盛证券研究所）
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。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）
相比于传统交换机而言，OCS交换机有以下特点：
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）可扩展性强：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。
02、实现方案
02-1 MEMS方案
MEMS方案是目前最为成熟的OCS方案。该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。
谷歌内部项目Apollo，在其数据中心大范围部署MEMS型OCS替换EPS，带来了数据中心网络架构的重大变革。传统架构中信号经过Spine层会涉及到电信号与光信号的多次转换，每一个数据包的信号处理，都会带来非常大的功耗开销，并且增加了数据的延迟。由于网络数据量的剧增，每隔两三年，Spine层都需要进行一次升级，带来了巨大的成本开销。谷歌Apollo项目，直接将SP层的EPS替换为OCS，主要是为了降低功耗与成本。
（资料来源：in Optical Fiber Communication Conference (OFC) 2023，民生证券研究院）
02-2 数字液晶方案
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）
02-3 直接光束偏转方案
直接光束偏转（DirectLight Beam-Steering）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，民生证券研究院）
目前主流的直接光束偏转OCS方案采用压电陶瓷作为材料。其利用压电陶瓷具有在电压控制下在某一轴向上改变尺寸的功能，来驱动光束射向不同的方向来实现光路的交换。
03、相关企业
$光库科技(SZ300620)$ ：公司发布的新品有全光交换机应用两维多通道光纤阵列。
$光迅科技(SZ002281)$ ：公司近期推出了可用于算力中心网络的全光交换机产品。
$腾景科技(SH688195)$ ：公司有少量精密光学元组件产品应用于OCS全光交换机领域的海外客户产品中。
凌云光：与全球直接光束偏转OCS光交换机龙头厂商Polatis建立紧密的战略关系。
赛微电子：公司境外产的MEMS-OCS工艺开发及晶圆制造业务，已服务欧美知名巨头厂商约10年时间。
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