Lumentum的光路開(kāi)關(guān)(OCS)技術(shù)正成為下一代AI數據中心網(wǎng)絡(luò )架構的關(guān)鍵使能器，其MEMS光開(kāi)關(guān)方案通過(guò)低損耗、低延遲和全光透明特性，顯著(zhù)提升了數據中心的可擴展性、可靠性和能效表現。隨著(zhù)AI訓練集群規模從千卡向萬(wàn)卡甚至百萬(wàn)卡級別擴展，傳統電交換網(wǎng)絡(luò )面臨功耗、延遲和拓撲靈活性的瓶頸，而Lumentum的OCS技術(shù)通過(guò)物理層可編程重構，為AI基礎設施提供了更高效、更可靠的互聯(lián)解決方案。市場(chǎng)研究機構Cignal AI預測，到2028年，OCS市場(chǎng)規模將突破10億美元，這一增長(cháng)將主要由AI和云網(wǎng)絡(luò )的進(jìn)步驅動(dòng)。Lumentum憑借其在MEMS光開(kāi)關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)積累和與NVIDIA等AI芯片廠(chǎng)商的深度合作，正迅速占據這一新興市場(chǎng)的有利位置。

一、Lumentum OCS的MEMS光開(kāi)關(guān)技術(shù)特點(diǎn)

Lumentum的光路開(kāi)關(guān)(OCS)采用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)光開(kāi)關(guān)技術(shù)，這是一種將微電子機械系統與光學(xué)技術(shù)結合的創(chuàng )新方案。MEMS光開(kāi)關(guān)通過(guò)靜電驅動(dòng)的二維微鏡陣列實(shí)現光路切換，相比傳統機械光開(kāi)關(guān)具有更低的插入損耗(通常<1dB)、更高的隔離度(>45dB)、更快的切換速度(1-10毫秒級)以及更長(cháng)的使用壽命(可達百億次切換)。這些技術(shù)特性使其成為AI數據中心光互連的理想選擇。

Lumentum的R300光路交換機是其OCS產(chǎn)品線(xiàn)的旗艦產(chǎn)品，支持300×300端口的矩陣規模。該產(chǎn)品利用了Lumentum在開(kāi)發(fā)和部署高性能MEMS技術(shù)方面的工程專(zhuān)業(yè)知識，這些技術(shù)已在要求苛刻的電信應用中得到驗證?；诔^(guò)1萬(wàn)億小時(shí)的現場(chǎng)鏡像運行時(shí)間和數百項專(zhuān)利的成熟產(chǎn)品組合，Lumentum的OCS在可靠性和性能方面具有顯著(zhù)優(yōu)勢。其光開(kāi)關(guān)通過(guò)微鏡陣列的動(dòng)態(tài)偏轉實(shí)現光路切換，能夠在O、C或L波段之間無(wú)縫運行，為下一代傳輸技術(shù)提供了靈活的解決方案。

與基于液晶的交換機相比，MEMS技術(shù)在波長(cháng)選擇、光纖扇出和雙向傳輸等方面具有更優(yōu)的表現。Lumentum的OCS產(chǎn)品在信號完整性方面表現出色，具有低插入損耗、低回波損耗、極小的偏振相關(guān)損耗(PDL)和偏振模色散(PMD)，確保了出色的光學(xué)性能。此外，其靜電驅動(dòng)設計僅在切換瞬間和維持狀態(tài)時(shí)需要少量電流，靜態(tài)功耗幾乎為零(微瓦量級)，這對于A(yíng)I數據中心的能效優(yōu)化至關(guān)重要。

二、OCS解決AI數據中心互聯(lián)拓撲重構與規模擴展挑戰

AI數據中心正面臨從千卡向萬(wàn)卡乃至更大規模擴展的挑戰，傳統電交換網(wǎng)絡(luò )在功耗、延遲和拓撲靈活性方面已無(wú)法滿(mǎn)足需求。Lumentum的OCS通過(guò)物理層可編程重構，解決了AI數據中心的兩大核心挑戰：動(dòng)態(tài)拓撲重構和規模擴展。

在動(dòng)態(tài)拓撲重構方面，OCS能夠在毫秒級時(shí)間內重新配置光路，適配不同AI模型的并行計算需求。例如，在處理推薦系統大模型(DLRM)和語(yǔ)言模型(LLM)時(shí)，OCS可根據模型特性自動(dòng)調整互聯(lián)拓撲，優(yōu)化帶寬分配。這一特性使AI訓練集群能夠根據工作負載實(shí)時(shí)調整網(wǎng)絡(luò )架構，顯著(zhù)提升系統利用率。NVIDIA的研究表明，OCS集群相比傳統胖樹(shù)架構集群，在DLRM、LLM以及混合場(chǎng)景下，系統利用率差異控制在1%以?xún)?，這意味著(zhù)OCS能夠更有效地滿(mǎn)足多樣化的AI訓練需求。

在規模擴展方面，Lumentum的R300支持300×300端口的矩陣規模，且具備模塊化擴展能力。通過(guò)級聯(lián)或堆疊多臺R300設備，可以構建更大規模的端口矩陣，滿(mǎn)足萬(wàn)卡級AI集群的互聯(lián)需求。OCS的模塊化設計使數據中心能夠按需擴展，避免了傳統電交換網(wǎng)絡(luò )在規模擴展時(shí)面臨的”平方律”功耗增長(cháng)問(wèn)題。谷歌TPU v4的案例表明，使用可重配置光互連可以將系統規模從TPU v3的每臺超算中1024片提升到4096片，性能提升達2.1-3.5倍，同時(shí)功耗僅增加約5%。

OCS還通過(guò)全光透明特性消除了光-電-光(OEO)轉換，與以太網(wǎng)交換相比，延遲降低了5到10倍。這一特性對于A(yíng)I訓練中的大規模并行計算至關(guān)重要，因為低延遲能夠顯著(zhù)提升訓練效率。在谷歌TPU v4的案例中，OCS通過(guò)重構特性，使在芯片可靠率為99%的情況下，整體系統的平均性能提升比不使用OCS高達6倍，這充分展示了OCS在提高系統可靠性方面的價(jià)值。

三、OCS與AI芯片、數據中心架構的協(xié)同設計策略

Lumentum的OCS技術(shù)與AI芯片及數據中心架構的協(xié)同設計是提升AI基礎設施性能的關(guān)鍵。通過(guò)與NVIDIA等AI芯片廠(chǎng)商的深度合作，Lumentum開(kāi)發(fā)了針對AI場(chǎng)景優(yōu)化的光互連解決方案，實(shí)現了從物理層到算法層的全棧協(xié)同。

在與AI芯片的協(xié)同設計方面，Lumentum的OCS通過(guò)L1 SDN控制層與NVIDIA的網(wǎng)絡(luò )ASIC(如Quantum-X800)協(xié)同工作，支持動(dòng)態(tài)拓撲重構，適配N(xiāo)VLink或InfiniBand等AI芯片互聯(lián)協(xié)議。這種協(xié)同設計使OCS能夠根據AI模型的計算需求自動(dòng)調整網(wǎng)絡(luò )拓撲，優(yōu)化帶寬分配。例如，在處理稀疏矩陣計算時(shí)，OCS可以?xún)?yōu)先連接需要高帶寬的節點(diǎn)，而在處理密集矩陣計算時(shí)，則可以構建全互聯(lián)拓撲，最大化計算效率。

在與數據中心架構的協(xié)同設計方面，Lumentum的OCS可嵌入葉脊(Spine-Leaf)網(wǎng)絡(luò )的Spine層或Leaf層，通過(guò)物理層可編程實(shí)現資源的靈活分配。例如，在NVIDIA的硅光CPO交換機(如Spectrum-X和Quantum-X)中，Lumentum的光開(kāi)關(guān)與臺積電硅光芯片(微環(huán)調制器)通過(guò)3D堆疊和Flip chip技術(shù)集成，形成高度集成的光引擎。這種集成方案支持1.6Tbps端口速率，相比傳統可插拔光模塊方案實(shí)現了3.5倍的能耗降低、10倍的網(wǎng)絡(luò )彈性提升以及1.3倍的部署效率提升。

此外，Lumentum的OCS還支持與AI芯片的算法協(xié)同設計。例如，在谷歌TPU v4中，OCS與稀疏核(SparseCore)協(xié)同工作，通過(guò)優(yōu)化光路切換路徑，減少機械疲勞和電極損傷，延長(cháng)使用壽命。這種協(xié)同設計使AI芯片能夠更高效地利用光互連資源，提升整體計算效率。

四、Lumentum OCS的市場(chǎng)前景與競爭格局

隨著(zhù)AI算力需求的指數級增長(cháng)，光交換技術(shù)正成為AI基礎設施的關(guān)鍵組成部分。市場(chǎng)研究機構Cignal AI預測，到2028年，OCS市場(chǎng)規模將突破10億美元，這一增長(cháng)將主要由AI和云網(wǎng)絡(luò )的進(jìn)步驅動(dòng)。Lumentum憑借其在MEMS光開(kāi)關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)積累和與頭部AI芯片廠(chǎng)商的合作，正迅速占據這一新興市場(chǎng)的有利位置。

在競爭格局方面，當前OCS的商用技術(shù)方案主要有兩種：MEMS技術(shù)和DirectLight DBS技術(shù)。Lumentum的MEMS方案在中小矩陣OCS中已廣泛應用，但隨著(zhù)AI集群規模向萬(wàn)卡級別擴展，DirectLight DBS技術(shù)在大規模端口擴展中表現出優(yōu)異的可靠性和穩定性。然而，Lumentum的MEMS技術(shù)在功耗和延遲方面具有顯著(zhù)優(yōu)勢，且已通過(guò)收購云暉科技等舉措增強了其在光模塊領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力。云暉科技的數據顯示，其超過(guò)90%的收入來(lái)自于400G及更高速度的產(chǎn)品，最近季度中超過(guò)一半的光傳收發(fā)器收入來(lái)自于800G模塊，這為L(cháng)umentum的OCS技術(shù)提供了強大的光模塊支持。

Lumentum的財務(wù)表現也印證了其在A(yíng)I基礎設施領(lǐng)域的戰略定位。2025財年第三季度，Lumentum收入為4.252億美元，非GAAP稀釋后每股凈收益為0.57美元，均超出市場(chǎng)預期。公司總裁兼CEO Michael Hurlston表示：“第三季度，我們的收入和每股收益均超出預期，這得益于云客戶(hù)的強勁需求和網(wǎng)絡(luò )市場(chǎng)的復蘇?！边@一增長(cháng)主要來(lái)自數據中心業(yè)務(wù)，表明Lumentum的OCS技術(shù)正在獲得超大規?？蛻?hù)的認可。

在客戶(hù)合作方面，Lumentum已成為NVIDIA硅光CPO交換機的核心光模塊供應商。NVIDIA與臺積電、Lumentum等合作伙伴共同開(kāi)發(fā)的Spectrum-X和Quantum-X硅光CPO交換機預計分別于2025年下半年和2026年下半年上市。這些交換機將采用Lumentum的光開(kāi)關(guān)技術(shù)，支持144×800G和512×800G的規格，為百萬(wàn)GPU AI工廠(chǎng)提供支持。

五、OCS技術(shù)在A(yíng)I數據中心中的實(shí)際應用案例

谷歌TPU v4是OCS技術(shù)在A(yíng)I數據中心中的成功應用案例。谷歌自研的Palomar光路開(kāi)關(guān)芯片采用MEMS反射鏡陣列技術(shù)，通過(guò)控制反射鏡的位置來(lái)調整光路，實(shí)現可重配置的光互連。這一技術(shù)使TPU v4能夠根據不同機器學(xué)習模型改變拓撲結構，性能提升超過(guò)2倍。谷歌的研究表明，在芯片可靠率為99%的情況下，使用OCS的系統整體平均性能比不使用OCS高出6倍，這充分展示了OCS在提高系統可靠性方面的價(jià)值。

NVIDIA也在其AI基礎設施中積極采用OCS技術(shù)。NVIDIA的研究表明，使用OCS的集群與理想胖樹(shù)架構集群相比，在處理10,000個(gè)作業(yè)(包括僅LLM、僅DLRM或兩者混合的作業(yè))時(shí)，OCS集群的利用率與參考胖樹(shù)系統相比，在各種場(chǎng)景下均保持在1%以?xún)?。這表明OCS能夠更有效地滿(mǎn)足多樣化AI工作負載的需求。NVIDIA的Quantum-X交換機采用CPO技術(shù)，結合Lumentum的光開(kāi)關(guān)，實(shí)現了3.5倍的能耗降低、10倍的網(wǎng)絡(luò )彈性提升以及1.3倍的部署效率提升。

微軟的Project LightSpeed也是OCS技術(shù)在A(yíng)I數據中心中的重要應用。該項目旨在利用光電子技術(shù)提升數據中心的網(wǎng)絡(luò )速度，通過(guò)使用光芯片減少數據中心能耗并提高處理能力。微軟的研究表明，OCS可以在物理層實(shí)現可重構，適配不同訓練任務(wù)的需求，提高網(wǎng)絡(luò )可靠性。

六、OCS技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢與挑戰

隨著(zhù)AI訓練集群規模的持續擴大，OCS技術(shù)也面臨新的挑戰和發(fā)展機遇。未來(lái)OCS技術(shù)將向更大端口規模、更低延遲和更高能效方向演進(jìn)，同時(shí)與硅光CPO技術(shù)的深度融合將成為主要趨勢。

在端口規模方面，隨著(zhù)AI集群規模從萬(wàn)卡向百萬(wàn)卡級別擴展，OCS需要支持更大端口規模(如1000×1000)。Lumentum的R300雖然目前支持300×300端口，但其模塊化設計為未來(lái)擴展提供了基礎。通過(guò)級聯(lián)或堆疊多臺R300設備，可以構建更大規模的端口矩陣，滿(mǎn)足超大規模AI集群的互聯(lián)需求。

在延遲和能效方面，OCS技術(shù)需要進(jìn)一步降低延遲和提高能效。Lumentum的MEMS光開(kāi)關(guān)已在低延遲方面表現出色，但未來(lái)仍有優(yōu)化空間。與硅光CPO技術(shù)的結合將為OCS提供更低功耗的解決方案，同時(shí)提升信號完整性。例如，NVIDIA與Lumentum合作開(kāi)發(fā)的硅光CPO交換機實(shí)現了3.5倍的能耗降低，這為AI數據中心的綠色化轉型提供了重要支持。

在技術(shù)路線(xiàn)方面，MEMS技術(shù)和DirectLight DBS技術(shù)將在不同規模的AI集群中發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢。MEMS方案在中等規模集群(如300×300端口)中更具成本和延遲優(yōu)勢，而DirectLight DBS技術(shù)在超大規模集群中穩定性更高。未來(lái)可能出現混合交換架構，將OCS與OEO交換結合，以滿(mǎn)足不同規模AI集群的需求。

在部署下沉方面，OCS應用將進(jìn)一步下沉至葉脊網(wǎng)絡(luò )的Leaf層，這需要更快的切換速度和更小端口的低成本OCS解決方案。Lumentum的MEMS技術(shù)在這一方向具有潛力，但需要進(jìn)一步優(yōu)化成本和可靠性。

七、Lumentum OCS的商業(yè)模式與市場(chǎng)策略

Lumentum的OCS技術(shù)正通過(guò)多種商業(yè)模式和市場(chǎng)策略滲透AI基礎設施市場(chǎng)。作為云和網(wǎng)絡(luò )市場(chǎng)的光學(xué)與光子解決方案領(lǐng)導者，Lumentum正積極向多家超大規?？蛻?hù)送樣其R300光路交換機，并計劃于2025年下半年全面上市。這一產(chǎn)品定位使其能夠直接參與AI基礎設施的建設，與NVIDIA等芯片廠(chǎng)商形成互補。

Lumentum的商業(yè)模式主要分為兩類(lèi)：一是向超大規?？蛻?hù)提供定制化的光路開(kāi)關(guān)解決方案，如R300產(chǎn)品；二是通過(guò)與芯片廠(chǎng)商合作，將其光開(kāi)關(guān)技術(shù)集成到CPO交換機中，如與NVIDIA合作的硅光CPO交換機。這兩種模式使Lumentum能夠覆蓋AI基礎設施的不同層級，從底層光互連到上層網(wǎng)絡(luò )交換。

在市場(chǎng)策略方面，Lumentum正通過(guò)以下方式擴大其在A(yíng)I基礎設施市場(chǎng)的份額：

首先，Lumentum強調其MEMS技術(shù)的成熟性和可靠性。公司表示，其MEMS技術(shù)已在要求苛刻的電信應用中得到驗證，基于超過(guò)1萬(wàn)億小時(shí)的現場(chǎng)鏡像運行時(shí)間，為AI基礎設施提供高質(zhì)量的OCS產(chǎn)品。這種可靠性?xún)?yōu)勢對于A(yíng)I訓練集群至關(guān)重要，因為任何網(wǎng)絡(luò )故障都可能導致訓練中斷和資源浪費。

其次，Lumentum正積極與AI芯片廠(chǎng)商合作，共同開(kāi)發(fā)針對AI場(chǎng)景優(yōu)化的光互連解決方案。與NVIDIA的合作是典型案例，雙方共同開(kāi)發(fā)的硅光CPO交換機將為百萬(wàn)GPU AI工廠(chǎng)提供支持。這種合作模式使Lumentum能夠深入了解AI芯片的通信需求，并開(kāi)發(fā)更貼合的光互連解決方案。

最后，Lumentum正通過(guò)收購增強其在光模塊領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力。2023年11月，Lumentum以7.5億美元收購了云暉科技，后者專(zhuān)注于400G及更高速度的光模塊研發(fā)。這一收購使Lumentum的云數據中心基礎設施收入預計翻倍，為其OCS技術(shù)提供了更強大的光模塊支持。

Lumentum的光路開(kāi)關(guān)(OCS)技術(shù)正成為下一代AI數據中心網(wǎng)絡(luò )架構的關(guān)鍵使能器。通過(guò)MEMS光開(kāi)關(guān)的低損耗、低延遲和全光透明特性，Lumentum的OCS技術(shù)有效解決了AI數據中心的互聯(lián)拓撲重構和規模擴展挑戰，為AI基礎設施提供了更高效、更可靠的互聯(lián)解決方案。市場(chǎng)研究機構Cignal AI預測，到2028年，OCS市場(chǎng)規模將突破10億美元，這一增長(cháng)將主要由AI和云網(wǎng)絡(luò )的進(jìn)步驅動(dòng)。

在技術(shù)路徑方面，Lumentum的OCS技術(shù)通過(guò)與AI芯片的協(xié)同設計和與數據中心架構的深度融合，實(shí)現了從物理層到算法層的全棧優(yōu)化。與NVIDIA的深度合作表明，OCS技術(shù)正在從實(shí)驗階段邁向商業(yè)化應用，為AI基礎設施的擴展提供了新的可能性。

未來(lái)，隨著(zhù)AI訓練集群規模的持續擴大和光互連技術(shù)的成熟，OCS將在A(yíng)I數據中心中發(fā)揮更加重要的作用。Lumentum需要繼續優(yōu)化其MEMS光開(kāi)關(guān)技術(shù)，降低制造成本，提高良率和可靠性，以滿(mǎn)足超大規模AI集群的需求。同時(shí)，與硅光CPO技術(shù)的融合將是OCS未來(lái)發(fā)展的重要方向，這將為AI基礎設施提供更低功耗、更高帶寬的互聯(lián)解決方案。

總之，Lumentum的OCS技術(shù)正通過(guò)其MEMS光開(kāi)關(guān)方案的低功耗、低延遲和高可靠性特性，為下一代AI數據中心的可擴展性提供了重要支持。隨著(zhù)AI算力需求的不斷增長(cháng)和技術(shù)的持續創(chuàng )新，OCS將在A(yíng)I基礎設施中扮演越來(lái)越關(guān)鍵的角色，推動(dòng)AI計算能力的進(jìn)一步提升。

說(shuō)明：本內容由AI生成并經(jīng)專(zhuān)家審核。

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