文章摘要
【关 键 词】 光交换、数据中心、机器学习、MEMS、硅光子
大规模系统依赖网络通过交换机传输信息，目前主流电分组交换机（EPS）在成本、时延和可重构性方面存在扩展性限制。光电路交换机（OCS）通过动态调整网络拓扑匹配通信模式，成为数据中心和机器学习系统的关键技术。OCS在光域建立端到端连接，数据包沿固定路径传输，时延一致且速率不敏感，但需集中式控制，开发复杂度甚至超过硬件本身。
现有商用OCS基于定制化硬件，尚无全能型器件技术。当前设计聚焦大端口数量、低插入损耗和低回波损耗。基于MEMS反射镜的交换机通过三维光路实现端口连接，已在谷歌TPU超级节点中提升性能与可用性。新型非机械式二维液晶像素阵列利用偏振特性实现数字控制，可构建多端口交换机。二维平面交换器件主要采用硅光子技术，兼容CMOS工艺，具有成本低、速度快等潜力，但面临插入损耗高和端口数量受限的挑战。
异质集成器件结合强电光材料与硅光子，为光子量子计算提供高速低损耗解决方案。硅光子MEMS器件通过二值耦合器实现快速切换，但需解决光纤-波导低损耗封装问题。波长交换依赖可调谐激光器和无源器件，受限于成本和带宽。谷歌”阿波罗计划”用OCS取代传统电交换机，通过微型MEMS反射镜实现光路重定向，系统功耗仅108瓦，较EPS降低96%，部署后通信延迟和能耗显著下降。
OCS需克服重配置时间长的缺点，谷歌通过分析长期通信模式减少拓扑调整频率。该技术允许不同速率收发器共存，升级时无需更换硬件，预计可降低70%成本，节省数十亿美元。未来研究方向包括增加端口数量、降低插入损耗和加快重配置速度。随着数据中心内部带宽需求激增，光交换技术将持续推动网络架构革新。
原文和模型
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【原文作者】 半导体行业观察
【摘要模型】 deepseek/deepseek-v3-0324
【摘要评分】 ★★★★☆
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