適用於 AI 數據中心的光電路交換：擴展到 300 個端口以上

來源:Molex

向全光數據中心網絡的轉型正在推進，但 AI 訓練集羣的增長速度已超過連接它們的交換機。下一代光電路交換機（ OCS ）平臺必須大幅超越當前的端口數量，同時嚴格控制插入損耗並保證系統級可靠性。

通過用直接的物理光路徑取代傳統的電子數據包處理，光電路交換將從根本上改變數據在網絡中的傳輸方式。這種向全光核心的轉變已在超大規模應用中證明了其價值，與傳統電子交換相比，其部署可節省 40% 的功耗，並將停機時間減少至原來的五十分之一。然而，雖然 OCS 消除了電子交換瓶頸，但它也將新的複雜性直接匯聚到了物理層。

節省 40% 功耗
停機時間降至原來的 1/50

AI 的擴展曲線已迅速超越了第一代 OCS 產品。隨着訓練集羣擴展至支持擁有數萬個 GPU 的 POD，物理層必須應對前所未有的光路由和密度需求。運營商公開提出要求， 交換機矩陣 能力需遠超目前大多數供應商所能提供的 300 端口上限。

對於數據中心架構師而言，這是一個現實的問題：OCS 平臺能否快速提升其端口數量和製造成熟度，以跟上 AI 基礎設施建設的步伐？要解決這個問題，需要將交換機及其周邊的物理層作爲一個整體平臺來考量。

定義超大規模光電路交換性能的四個屬性

隨着 AI 訓練集羣向數十萬個加速器規模擴展，處於網絡核心的 光電路交換機 需要同步擴大交換矩陣規模。端口數量將決定網絡架構，但另有四個屬性將決定一款高基數交換機是否真正能在超大規模下發揮性能。

01

基數問題

最新的 AI超級節點 每個需要近 14,000 個光學端口，這將推動單臺交換機超過 300 個端口的需求。為了最大限度減少數萬個 GPU 的 POD 之間的網絡層級，超大規模數據中心運營商正積極尋求具備數千端口的交換機矩陣。擴展到該級別帶來了一個次級物理挑戰，即如何在超高密度光纖佈線與實際現場可維護性及平均修復時間（MTTR）之間取得平衡。

02

插入損耗

在 OCS 架構中，當光學跨度翻倍時，每分貝的損耗都至關重要。標準遠距（FR）光學器件鏈路預算有限，大約在 4 dB 至 6 dB 之間，具體取決於模塊。交換機產生的任何內部損耗都會直接擠佔本就緊張的裕度，從而縮短傳輸距離並減少可用的光學餘量。要在規模化部署中維持這些嚴格的預算，就需要依靠嵌入式測試與遙測技術，持續監測性能並驗證光學路徑。

03

大規模下的可靠性

光交換機故障所產生的系統範圍影響，即“故障影響範圍”，可能足以讓整個 AI 訓練任務中斷。在此規模下，即便是 99.999% 的元器件可靠性，也可能轉化爲不可接受的系統級停機時間。只有能直接轉化爲可接受的系統平均無故障時間和整體可用性，元器件的高額定值才有意義。快速的故障恢復同樣不可或缺，因爲交換延遲將決定動態工作流能否在不中斷正在運行的 AI 任務的前提下持續進行。

04

製造就緒度

實驗室原型設計與生產級平臺是截然不同的概念。超大規模運營商需要供應商能夠通過成熟的大規模製造工藝，按時交付數千臺設備。從初始設計到批量生產，關鍵在於採用一致的裝配技術和嚴格的測試規範，以保證良率。

Molex 莫仕高基數光電路交換機平臺

Molex 莫仕開發了高基數光電路交換機（OCS）平臺，用於解決一家全球頭部超大規模運營商的擴展瓶頸。其設計依託於近二十年來微機電系統（MEMS）技術的部署經驗，以及向光網絡應用交付超過兩百萬臺設備的實際業績。

高基準控制

544 × 544

已發佈的基於 MEMS 的 OCS 中最高基數

突破基數限制

Molex 莫仕解決方案的 544×544 規格，是迄今已發佈、基於 MEMS 的 OCS 中最高的基數。得益於提高的基數，架構師能夠構建更扁平的 SuperPOD 架構，同時減少交換機數量和跳數。實現這一密度依賴於一項專利設計，即利用 MEMS 全傾斜角度範圍的光學設計。這種方法可將所需的 MEMS 偏轉角減少 50%，從而在採用經過驗證、高度穩定的結構設計的同時，實現系統的大規模擴展。

光學與交換性能

這款高基數交換機能在所有路徑上保持穩定的低插入損耗，典型插入損耗僅爲 3 dB。保持損耗的可預測性，有助於維持整個網絡嚴格的光鏈路預算。該 544×544 交換機還支持動態重配置與故障恢復所需的可預測交換行爲，最大交換時間低於 150 ms，並正朝着 100 ms 的目標持續進行開發。這種亞秒級的性能使運營商能夠快速重路由流量、繞過硬件故障，從而維持集羣的持續運行。

3 分貝典型插入損耗

<150 毫秒最大交換時間

100 毫秒持續開發目標

專爲生產部署而構建

由於 MEMS 在光域中運行，光路徑中無有源介質，因此 Molex 莫仕高基數 OCS 平臺不受協議和數據傳輸率的限制，無需硬件更改即可支持 800Gbps 至 1.6Tbps 及更高速率。完全在光子域中運行能使功耗保持極低，僅需 245 瓦即可管理超過 500 個端口。Molex 莫仕憑藉全球光學制造和先進的裝配能力爲 544×544 交換機提供支持。其裝配過程將機械結構與軟件驅動的校準相結合，以建立並對齊所有光學鏈路。

適用於 AI 的完整光學生態系統

高基數光電路交換機可解決核心路由挑戰，但它僅是龐大物理網絡中的一個節點。構建超大規模的全光網絡，需要一套完整的物理互連基礎設施。

單臺交換機面板上需要端接上千根光纖，使用多達 600 對 LC-APC 或 LC-UPC 變壓器以維持低插入損耗，這對物理部署密度和佈線設計都提出了極高要求。整個生態系統遠不止交換機機箱本身。要維持整個數據中心樓層嚴格的光鏈路預算，離不開高性能光纜組件、先進的光纖管理以及嚴格的端到端測試。

構建 全光數據中心 ，需要在覈心交換機及其周邊的物理層基礎設施上均具備製造深度。憑藉覆蓋完整的互連路徑，Molex 莫仕可爲架構師提供構建和擴展全光數據中心網絡所需的完整物理生態系統。

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