2026年通信·行业专题报告：数据中心互联技术专题，AI变革推动OCS新技术快速发展

OCS是一种新光电互联集成技术

OCS是一种新型光交换技术，无需光电转换

OCS（Optical Circuit Switch）光交换是一种无需光电/电光（O/E/O）转换，直接实现光信号在光纤端口间切换的技术。数据中心中采用OCS 可显著提升整体网络性能、运行效率和可持续性，优势显著： 高带宽能力：OCS 光路交换不依赖固定速率，可以充分利用光纤的全部容量，从而实现更高的数据吞吐。这使得网络资源利用更加高效，能够满足现代数据中心不断增长的带宽需求。 速率 / 协议透明，适配长期技术演进：不涉及光电转换和封包解析，OCS 对波长、调制格式、波特率完全透明。 现有的 OCS 硬件可以支持从40G、100G到800G 甚至未来的 1.6T、3.2T 演进。 电交换受限于 ASIC 芯片的速率上限（如当前主流 400G 交换机 ASIC，升级 1.6T 需整体更换硬件）。 低延迟 + 低功耗，契合高性能场景需求：仅引入光速传播延迟（光纤中～5ns/m，自由空间～3.3ns/m），单跳延迟 < 100ns，远低于电交换的数十/ 数百纳秒;OCS 消耗极少量电能（Palomar 整机功耗仅约 108W），比同等吞吐规模的电交换机节省数倍功耗。 灵活部署 + 可扩展性：支持增量部署与扩容，DCNI 层可按 1/8→1/4→1/2→全尺寸逐步扩展，可先部署再在线升级，配合软件重构，实现“按需部署”，降低初始资本投入。而电交换机的端口数、速率是固定的，扩容需更换硬件。

OCS四大主流技术路线：成本、性能、技术难度的权衡

目前OCS（optical circuit Switch）主要包括MEMS、液晶、压电、硅光波导四大主流技术路线。 谷歌主导的MEMS技术目前2025年处于商用阶段占据市场90%以上份额（年产近万台），其他技术仍然在小批量几十台的市场验证阶段。2026年，Google主导的MEMS方案预计放量超万台，谷歌采取两种供应方案，（1）设计并指定元器件供应商，代工厂组装整机。（2）直接采购整机方案。如Lumentum、Coherent等供应商。2026年微软、META、英伟达等其他CSP厂商和芯片厂商都有意导入OCS交换机进行部署，目前在小批量测试阶段。

OCS - MEMS方案分析

MEMS方案工作原理：通过两组可动态调节角度的MEMS微镜阵列实现光路在三维空间中的任意对转。每一路输 入光信号先通过光纤准直透镜阵列转换为平行光射向第一组微镜，微镜根据预设指令倾斜特定角度，将光束精确 反射至第二组微镜上的目标位置，再经由第二组微镜二次反射校正，最终耦合进特定的输出光纤中 。 MEMS光开关主要有两种类型：2D MEMS光开关和3D MEMS光开关。 2D MEMS : 由玻璃基板和其上覆盖的一层薄硅构成，硅层上排列着一系列由静电力驱动的反射镜。当向反射 镜施加电信号时，它们会旋转并将光反射到所需的输出端口。 结构简单，制造相对容易。 3D MEMS : 首先在硅晶片上刻蚀出一系列沟槽。然后，在沟槽中填充金属，例如金或铝。之后，蚀刻掉金属 以形成微镜。微镜可以沿两个轴任意旋转，从而改变不同角度入射光斑的输出。3D MEMS 光开关尺寸更小， 功耗更低，插入损耗和串扰也更低。

OCS - 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，其核心原理是利用液晶分子在外部电场作用下的偏转特性，实现对光 束传播方向的精确控制。在数字液晶光交换系统中，液晶光模块（LCLM） 通过级联可调液晶延迟器与双折射晶体光楔，实现对多端口光信号的灵活 调度。该技术对光学装调工艺要求较高，目前最大可支持512端口规模。 数字液晶光交换在可靠性和使用寿命方面表现较好，所需驱动电压低，但 其光路切换时间通常为几百毫秒，长于MEMS方案，主要应用在无需频繁 数据切换的场景，如冗余备份。

OCS面向AI数据中心的应用

Google一直引领自研ASIC芯片，TPU已经研发到第七代

从2015年开始，Google发布第一代TPU，并保持1-2年更新一代产品节奏。 4月9日，谷歌在拉斯维加斯举办的Google Cloud Next 2025大会上正式发 布了第七代TPU芯片——Ironwood。

Google在机柜内设计三维环面网络互联

TPU芯片连接主要采用2D-Torus和3D-Toru互联方式，扭曲拓扑可以改进负载均衡，对分带宽，数据包路由更短。一个TPU机架包含64个TPU 芯片，通过 4x4x4 三维环面网络互联。 TPUv4集群：每个托盘有4颗芯片，以4*400Gbps速率连接跨板的GPU，目前机柜内主要采用DAC进行机柜内连接，TPU: 400GDAC=1:4。

TPU4使用OCS(MEMS) -架构(4096TPU-48个300端口OCS)

从2015年开始，Google发布第一代TPU，并保持1-2年更新一代产品节奏。2022年起，Google的第四代TPU开始使用OCS技术。OCS（optical circuit Switch）光交换是一种无需光电/电光（O/E/O）转换，直接实现光信号在光纤端口间切换的技术。OCS原理是直接对光信号进行物理路径的重构，从而在输入/输出端口之间建立专用光路。无需光电转换的特性带来低时延、低功耗、高带宽容量、速率无关、可拓展性等优点，解决了传统电交换机面临的很多限制。 TPU4的组网架构中，每个Rack/Cube（乃至TPU）互联形成的三个轴（即三个方向）需要三端口对接。TPU的4096个TPU集群互联组成的集群需要4096*3=12288端口（6144对光线），对应48台300端口OCS交换机（128进+128出）。

TPU7等芯片对OCS互联要求提升（9126TPU-48个600端口OCS）

超节点：TPU7组成9216个芯片的集群设计需要600端口（288进+288出+备份）OCS交换机48台。TPU7（Ironwood）沿用3DTorus（立方环网）拓扑，每个逻辑单元4×4×4=64芯片封装于单个机架，144个rack/cube共9216颗TPU。每个单元需要96个光连接⼝，总端⼝需求达 13824 个端口，对应48台600端口的OCS交换机。 DCI: Google还可以扩展最大147456个TPU 的互联，通过32个机架部署256台600端口的OCS交换机。TPU7使用的600端口OCS交换机相关器件是上一代300端口OCS交换机一倍。成本或达5万美金。

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