谷歌、英伟达相继布局全光交换
思瀚产业研究院    2024-11-18

1、从 OEO 到 OOO，全光交换机适配 AI 算力需求

目前基于 AISC 交换芯片的交换机，可以定义为 Optical to electrical to optical(OEO) packet circuit switches，核心的报文交换转发功能由 AISC 芯片完成。OEO交换机收发都需要光电转换来满足信号传输的要求。An all-optical, or "opticalto optical to optical" (OOO),fiber optic switch 在完成信号转发的过程中，不对信号进行处理，通过光交换的形式转发，没有光电转换环节。

HUBER+SUHNER 指出，OOO 全光交换机并不是要替代 OEO 交换机，而是结合两者的优势搭建灵活的、低成本的数据中心网络，来满足不断增长的流量需求。

HUBER+SUHNER 指出 OOO 交换机同样在 DCI 互联场景有很好的应用场景，结合 SDN 技术和网络监控，可以实现零接触业务倒换和上线，以及已开通业务的自动保护。

2、英伟达高管加盟 Lightmatter 布局全光交换

2024 年 7 月份，英伟达副总裁 Simona Jankowski 加盟芯片初创公司 Lightmatter 任首席财务官。近期 Lightmatter 以 44 亿美元的估值，完成 D 轮 4 亿美元的融资，其Passage 光互联网产品对 AI 算力网络的重要性得到市场的高度重视。

Passage 是一种利用光子进行芯片互连的技术，属于 I/O 技术的一种。Lightmatter的技术利用波导（wave guide）而非光纤在一个大的芯片间为各个不同种类的计算核心互连并传输数据，这提供了极高的并行互连带宽。

Passage 把光学器件、波导都集成到芯片本身，可以在单根光纤的空间内安装 40 根波导。它提供的高带宽 I/O 可以在单个 3D 封装中互连高性能 CPU、GPU、FPGA、DRAM和 ASIC。在板卡级别的互连中，它使用光纤，可以让更多的计算节点高效率的互连在一起。这一整套技术，推动芯片内和芯片间的 I/O 带宽在未来几年实现超过 10 倍甚至 100 倍的增长。Passage 主要的特质：

1. 完全集成芯片组互连解决方案，具有直接光纤连接，所有部件都在单个封装中。

2. 用于灵活切割的统一架构（例如 1×1、2×2、2×4）。

3. 高带宽 I/O 在单个 3D 包中互连高性能 CPU、GPU、FPGA、DRAM 和 ASIC。

4. 集成光子学和控制电子技术提供有效的通道，并提供较高的性能密度。

5. 内置可重构 OCS（光电路交换机）和控制机制，实现冗余并提高设计的可靠性。

6. WDM 调制可以在单个波导或光纤上实现多λ双向光发射和接收，从而可以增加通信带宽。

3、谷歌在数据中心网络大规模部署

OCS 交换机Google 的数据中心网络一直有三个核心的理念：软件定义网络（SDN）、Clos 拓扑结构、商用交换芯片。其中 CLOS 作为一种非阻塞的多级交换拓扑结构，由较小 radix的交换芯片构成，可以扩展到任意大的网络，成为算力时代的主流架构。Google 也是最早把 OCS 交换机规模引用的互联网企业。为了解决不同代际的网络基础设施灵活互联的问题，在 Jupiter 网络架构中引入了 MEMS 型光开关(OpticalCircuit Switch,简称 OCS)全光交换机应用。OFC2023 上，谷歌详细介绍了其全新内部项目 Apollo,直接将 SP 层的 EPS 替换为 OCS，减少了网络中光电转换环节。

输入输出为两个光纤准直器阵列(fibercollimator array),光纤准直器包括光纤阵列和微透镜阵列，输入输出均为 136 个通道。光通过光纤进入到 OCS 系统后，先后经过两个 2D 的 MEMS 阵列。每个 MEMS 阵列含有 136 个平面镜，用于精确调节光的传播方向。此外系统中还包含两个监控通道，监控通道使用 850nm 波长的光。

虽然 Google 的 OCS 有 136 个通道，但是减少每个光模块的通道数量依然是必要的。Google 用于和 OCS 交换机对接的主要是 FR 光模块，MUX/DEMUX 环节使用 Z-block 器件，同时还增加了一个环形器，实现单芯双向传输。透过这一设计，在全光交换场景下，大部分光模块会考虑使用 Z-block 或者 AWG，以减少对全光交换机通道数量的需求，减少光路控制难度。

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