光互连技术革命：2025年智算中心架构演进与产业生态分析

随着人工智能大模型、云计算及智能应用的快速普及，全球算力需求正呈现爆发式增长。传统基于铜缆的电互连技术在带宽密度、传输距离与能耗效率方面的瓶颈日益凸显，而光互连技术凭借其高带宽、低时延、低功耗等优势，正成为智算中心和数据中心等场景下的关键技术方向。根据《云智算光互连发展报告》，光互连技术的应用范围已从传统的电信骨干网和城域网，快速向数据中心内部、高性能计算集群等更广泛的领域渗透。特别是在AI训练、高性能计算等场景中，光互连技术正在推动智算中心架构的深刻变革。本文将围绕光互连技术的核心方向、产业生态及未来趋势展开分析，为行业提供前沿性与实践性兼具的参考。

一、新型可插拔光模块：LPO与LRO的技术突破与应用前景

线性可插拔光学（LPO）技术通过去除传统光模块中的数字信号处理器（DSP），在发射端使用高线性度的驱动芯片（Driver），在接收端使用高线性度的跨阻放大器（TIA），构建了一个纯模拟的、“线性直驱”的光信号处理通道。这一技术将DSP功能转移至交换机ASIC中，显著降低了光模块的功耗和延迟。根据报告数据，LPO技术能够将功耗降低30%至50%，并具备良好的可维护性和成本优势。然而，LPO技术也带来了误码率升高的问题，因此主要适用于短距离应用场景，如数据中心机柜内服务器到交换机的连接，以及机柜间的互连。

在实际应用中，锐捷网络公司针对AIGC算力网络场景设计了三款自研LPO光模块，用于满足千卡GPU集群的高带宽、低延迟需求。例如，在128台AI服务器、每台搭载8卡GPU和8个单口400G网卡的场景中，采用二级组网架构，Spine和Leaf互连两端使用400G LPO光模块。每64台GPU服务器为一个POD，千卡集群共需2个POD，16台Leaf和8台Spine互连共需2048个LPO光模块。按功耗降低50%（约3.5W）估算，光模块总功耗下降约7kW，显著提升了能效比。

线性接收光学（LRO）是LPO技术的折中方案，其在接收端移除了DSP，但在发送端保留了重定时器（Retimer）。重定时器能够对信号进行整形、重新计时和放大，补偿信道损耗，确保发送信号的质量，并提供更好的互操作性和链路诊断能力。LRO在一定程度上减少了光模块的功耗，同时保持了较高的信号完整性，适用于对可靠性要求较高的场景。

从标准化进程来看，LPO MSA在2025年OFC大会期间发布了《100G-DR-LPO单模线性可插拔光学数据传输规范》，定义了构建LPO兼容的交换机、网卡和光模块产品生态所需的光学和电气要求。该规范覆盖了100Gbps至800Gbps的以太网并行单模链路，旨在解决行业面临的功耗、成本和时延挑战。此外，LPO MSA已启动200Gbps/通道线性可插拔方案的规划工作，并计划与IEEE、OIF等标准组织合作，推动更高速率下的技术实现。

尽管LPO技术在短期内已实现初步商业化，并在112G SerDes场景下完成部署，但其长期发展仍面临挑战。下一代224G SerDes技术的引入将带来更高的信号完整性要求，需要进一步优化驱动芯片和接收器的线性度。同时，LPO技术的标准化和生态建设仍需加强，建议由云服务厂商或运营商牵头建立多厂商联合实验室，推动互操作性测试和规范完善。

二、光电共封装技术：从OBO到OIO的演进路径与产业生态

光电共封装技术通过缩短光引擎与电芯片之间的电路距离，突破传统电互连在带宽、功耗和密度方面的限制。根据集成度的不同，光电共封装技术可分为板上光学（OBO）、近封装光学（NPO）、共封装光学（CPO）和光输入/输出（OIO）四个层级。

OBO技术将光引擎从传统的可插拔模块中解放出来，直接安装到系统主板上，通过主板上的精密走线与电芯片互连。这种方案移除了可插拔模块的“金手指”接口和外壳，降低了信号驱动的功耗，同时保持了较高的可维护性。然而，由于主板上的互连距离较长，OBO在超高速率传输场景下的优势并不明显。

NPO技术将光引擎靠近电芯片放置，但并不与电芯片共封装在同一基板上。它通常将光引擎安装在同一基板上，通过极短的高性能电气链路与电芯片相连，形成一个高度集成的系统。NPO避免了电芯片的高温热量直接冲击光器件，散热设计更简单高效。同时，光引擎与电芯片解耦，避免了电芯片垄断问题，并提供了更好的可测试性。

CPO技术将光引擎与电芯片共封装在同一个插槽或基板上，集成度更高，电互连距离更短。CPO能够显著降低功耗，并通过节省设备面板空间克服I/O密度限制。例如，新华三基于51.2T高性能芯片设计的800G CPO交换机，最大支持64端口800G端口，可扩展为128 * 400G/200G/100G端口，单POD可支持超过8000张400G网卡的计算集群。该交换机采用外置光源集成方案，通过16个20dBm RLM外置光源接口提供纯净光信号，满足512通道FR4标准输出光功率需求。

OIO技术彻底摒弃传统的铜线电气I/O，将光互连直接集成到计算芯片的封装内部或紧邻位置，使芯片能够直接通过光信号进行数据处理。OIO消除了板级电气走线瓶颈，将延迟降低至纳秒级，并带来颠覆性的能效提升。然而，OIO技术需要重构芯片架构，与GPU/CPU厂商深度绑定，预计待2028年后硅光芯片良率突破以及2.5D/3D封装技术成熟后，将逐步得到发展。

在标准化方面，OIF CPO工作组发布了《Co-Packaging Framework Document》《Implementation Agreement for a 3.2Tb/s Co-Packaged Module》和《External Laser Small Form Factor Pluggable (ELSFP) Implementation Agreement》等标准，定义了CPO模块的框架、接口和控制管理要求。国内中国科学院计算所联合电子标准院牵头制定了《半导体集成电路光互连接口技术要求》（T/CESA 1266-2023），这是我国自主制定的首个面向CPO场景的标准。此外，IPEC Form Factor封装协议工作组发布了《OIO Pluggable External Laser Source (PELS) Implementation Agreement V1.0》，规范了OIO可插拔外置激光光源的外形、光学接口和电气接口等。

从产业发展来看，NPO作为可插拔光模块与CPO之间的过渡方案，目前较为热门，是一种稳妥的技术路线选择。而CPO和OIO技术的落地需要产业链上下游的协同，包括封装厂（OSAT）的封装能力建设、基板厂商的大尺寸基板工艺提升，以及连接器厂商的通用可拆卸光纤接口方案。移动云在超节点Scale-Up网络互连技术研发中，计划分阶段推进CPO技术的应用，短期采用铜缆配合CPO光纤互连的方案，长期向端到端CPO互连方式演进。

三、光交换技术：OCS、OPS与OBS的应用场景与标准化进展

光交换技术通过光域信号处理突破电互连的物理极限，成为未来智算中心网络架构演进的核心。光交换技术主要包括光线路交换（OCS）、光分组交换（OPS）和光突发交换（OBS）三种类型。

OCS通过光学器件直接操控光信号的传输路径，实现输入端口到输出端口的连接。与需要光电转换的传统电交换不同，OCS全程在光域操作，具有协议透明性、超低延迟和高能效等优势。目前OCS领域的主流技术包括直接光束偏转（DLBS）、数字液晶（DLC）和微机电系统（MEMS）。其中，基于MEMS的光交换技术具有大端口、低插损、快速切换和低成本的优势，成为各厂商选择的主流技术路线。

谷歌在其自研TPU集群中批量应用OCS技术，自TPUv4沿用到TPUv7。每64个TPU通过电互连组成一个cube，cube间使用OCS进行互连。通过OCS灵活调整拓扑的能力，集群可减少50倍停机时间，并提升30%的吞吐量。国内华为主导的DC-0XC解决方案，通过上层算网协同模块对底层链路进行流量调度，在智算集群场景中取得了降低延迟、功耗和提升可靠性的效果。

OPS是光网络领域的远期技术路线，其目标是在光域内以单个分组数据作为最小交换单元，实现全程无须光电转换的存储、路由和转发。然而，受制于光缓存和同步难题，OPS目前尚未实现工程化。OBS是一种折中方案，将数据流分割成较大的突发数据包，并在传输前先发送控制分组预留网络资源。OBS的数据在光域传输，控制信令在电域处理，但由于缺乏光随机存储器和控制平面的复杂性，该项技术尚未推出商业化产品。

在标准化方面，国际电信联盟电信标准化部门（ITU-T）承载了OCS器件的相关标准。2023年，中国联通在ITU-T SG15 Q6会议上提出了AWGR结合可调谐激光器在数据中心实现光电混合交换的架构，并推动了NxN AWGR标准的立项修订。2024年，OIF启动了1.6T相干光（CL）项目，涵盖OCS场景，最大传输距离为2km，链路损耗定义为8dB，时延要求小于300ns。

国内标准方面，CCSA TC6 WG1通过了《面向下一代数据中心内部网络光交换技术研究》和《面向智算的光交换应用场景和组网技术研究》等研究报告，深入探讨了光交换技术在智算中心网络中的应用前景和挑战。2023年，CCSA TC6 WG4立项了《平面光波导集成光路器件第4部分：阵列波导光栅路由器（AWGR）》和《NxN阵列光交换矩阵开关》两个行业标准，预计2025年Q4完成送审稿评审。

在产业生态方面，2025年7月，OCP产业组织宣布成立OCS子项目，旨在促进开放OCS技术的协作，满足AI等数据密集型应用对高带宽、低延迟和能效的需求。该项目由iPronics和Lumentum共同领导，参与者包括Coherent、Google、Lumotive、Microsoft等企业，聚焦OCS配套光网络软件定义。

四、移动云在智算场景下的光互连应用展望与产业发展建议

移动云在智算场景下的光互连技术布局分为Scale-Up和Scale-Out两个方向。在Scale-Up层面，移动云计划在1-3年内采用铜缆配合CPO光纤互连的方案：于近距离场景（≤7米）优先采用铜缆互连方案（如AEC增强型铜缆），充分发挥低功耗、低成本及高可靠性优势；当传输距离超出铜缆有效范围（>7米）时，选择CPO光纤互连方案。从3-5年长期来看，超节点Scale-Up网络互连将向端到端CPO互连方式演进。移动云将加大与封装厂、基板厂商和连接器厂商的合作，构建端到端全光互连芯片生态。

在Scale-Out层面，移动云计划在未来使用OCS替代原有的Super Spine，实现算网架构从“电为主、光为辅”向“全光原生”的范式转变。这一升级将覆盖数据、控制、管理多平面的系统性算网协同革新，支撑未来百万卡级智算集群的落地。随着移动云呼和浩特、贵阳等超大规模智算中心的建设，单集群AI加速卡规模已突破2万张，算力达6.7EFLOPS，OCS技术将成为突破带宽瓶颈和延迟损耗的关键。

在产业发展建议方面，LPO技术需针对互操作性、信号质量和诊断功能制定强制性规范，推动LPO MSA标准完善。对于NPO/CPO/OIO技术，建议加速制定通用接口、光引擎封装尺寸及散热管理标准，解决多厂商互操作性问题。在光交换领域，OCS技术已实现初步商业化，建议在智算中心场景中开展小范围试点应用，长期布局光分组交换技术研发。

此外，光跃LightSphere X为代表的分布式光交换（dOCS）技术为GPU超节点提供了灵活拓扑重组能力。该方案通过给每个GPU模组配备光交换模组，使单个GPU具备交换功能，突破了服务器或机柜的物理结构限制。在实际部署中，该技术可提升系统可靠性，并在存量数据中心电力无法提升的情况下，部署大规模光互连超节点，盘活存量资源。

以上就是关于光互连技术在智算中心应用的分析。从可插拔光模块到光电共封装技术，再到光交换系统，光互连技术正推动智算中心架构向高带宽、低延迟、低功耗的方向演进。LPO、CPO和OCS等技术的商业化进程加速，产业链上下游的协同创新成为关键。未来，随着标准化体系的完善和生态建设的推进，光互连技术有望为人工智能、高性能计算及云服务等关键业务的持续跃升提供坚实支撑。

编辑：666知识控