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光開關(guān)如何助力“東數(shù)西算”工程?

2025-08-27

:在“東數(shù)西算”樞紐節(jié)點(diǎn)中,光開關(guān)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心間光鏈路動(dòng)態(tài)重構(gòu),提升算力調(diào)度效率??埔?28×128光開關(guān)陣列已應(yīng)用于貴州數(shù)據(jù)中心集群。

引言

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代,算力已成為關(guān)鍵生產(chǎn)力。我國東部算力需求集中與西部資源富余的矛盾,催生了“東數(shù)西算”國家戰(zhàn)略。國家發(fā)改委規(guī)劃的8個(gè)算力樞紐節(jié)點(diǎn),需要高效的光通信技術(shù)支撐算力跨地域流動(dòng)。光開關(guān)作為光路切換的核心器件,正通過動(dòng)態(tài)調(diào)度、冗余保護(hù)等能力,成為破解算力流動(dòng)難題的關(guān)鍵。

深耕光電子領(lǐng)域16年的廣西科毅光通信科技有限公司,是國家高新技術(shù)企業(yè),專注于MEMS光開關(guān)、機(jī)械式光開關(guān)、磁光開關(guān)等無源器件研發(fā)。公司擁有3000平米生產(chǎn)基地及200余臺進(jìn)口設(shè)備,產(chǎn)品覆蓋1×2至256端口配置,插入損耗低至1.0dB,切換壽命超10?次,在-40℃~+85℃極端環(huán)境下穩(wěn)定工作,為“東數(shù)西算”提供高可靠光網(wǎng)絡(luò)支撐。


核心價(jià)值錨點(diǎn):作為算力調(diào)度的“光路由管家”,廣西科毅以三大優(yōu)勢構(gòu)建競爭力——

1. 技術(shù)沉淀:覆蓋全品類光開關(guān),16年專注研發(fā);

2. 場景適配:數(shù)據(jù)中心應(yīng)用占比超50%;

3. 定制能力:提供從器件到解決方案的個(gè)性化服務(wù)。




東數(shù)西算工程的政策背景與技術(shù)挑戰(zhàn)

 

政策核心目標(biāo)與算力樞紐布局

2022年2月,國家發(fā)改委印發(fā)《全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實(shí)施方案》,啟動(dòng)“東數(shù)西算”工程,通過8大算力樞紐實(shí)現(xiàn)“東數(shù)西存”“東算西訓(xùn)”。西部樞紐依托綠色能源(如內(nèi)蒙古風(fēng)光占比超60%),承接后臺加工等非實(shí)時(shí)需求;東部樞紐聚焦低時(shí)延業(yè)務(wù),形成全國一體化算力網(wǎng)絡(luò)。

 

國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,2025年一季度全國數(shù)據(jù)中心累計(jì)裝機(jī)達(dá)19.66億千瓦,西部樞紐建設(shè)催生光通信器件規(guī)模化需求。中國移動(dòng)“九州”算力光網(wǎng)已貫通400G高速鏈路,光纖總長繞赤道9圈,光開關(guān)作為核心器件,支撐起跨區(qū)域算力調(diào)度的“超級運(yùn)輸系統(tǒng)”。

 

數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的技術(shù)瓶頸

傳統(tǒng)電交換機(jī)面臨三重困境:功耗占數(shù)據(jù)中心總能耗15%、每2-3年需升級、重構(gòu)時(shí)間秒級。光開關(guān)通過無阻塞交叉連接,可降低能耗30%,谷歌Apollo項(xiàng)目驗(yàn)證其重構(gòu)時(shí)間達(dá)毫秒級,為“東數(shù)西算”提供低時(shí)延基礎(chǔ)。

但光互聯(lián)技術(shù)仍存挑戰(zhàn):空芯光纖成本是傳統(tǒng)光纖3-5倍,MEMS光開關(guān)大規(guī)模量產(chǎn)良率待提升?!稏|數(shù)西算工程光通信技術(shù)白皮書》明確光開關(guān)需具備“三高一低”特性:

? 高帶寬:支持80波×400G系統(tǒng)(32Tbps)

? 高可靠:MTBF>10萬小時(shí),切換壽命超10?

? 高靈活:256×256端口矩陣

? 低損耗:插入損耗<1.5dB

廣西科毅產(chǎn)品參數(shù)完美對標(biāo):磁光開關(guān)-40℃~85℃寬溫工作,MEMS開關(guān)切換時(shí)間5ms,滿足西部荒漠?dāng)?shù)據(jù)中心環(huán)境需求。



光開關(guān)在東數(shù)西算工程中的技術(shù)作用

 

數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的動(dòng)態(tài)光路調(diào)度

廣西科毅4×64 MEMS光開關(guān)矩陣采用Benes拓?fù)洌С?00Gbps~1.2Tbps速率按需調(diào)整,光路重構(gòu)時(shí)間<10ms。配合SDN智能調(diào)控,實(shí)現(xiàn)三大核心策略:

1. 流量動(dòng)態(tài)適配:實(shí)時(shí)調(diào)整波分復(fù)用信道,應(yīng)對突發(fā)性負(fù)載波動(dòng)

2. 大流精準(zhǔn)識別:HCFD算法實(shí)現(xiàn)95%以上大象流分類準(zhǔn)確率

3. 光電協(xié)同傳輸:大流量業(yè)務(wù)映射至光通道,吞吐量提升40%

該方案在谷歌數(shù)據(jù)中心應(yīng)用后,算力資源利用率從65%→95%,年節(jié)省光纖布線成本200萬元,驗(yàn)證了其在“東數(shù)西算”中的核心價(jià)值。

 

遠(yuǎn)程算力調(diào)度的低時(shí)延支撐

磁光開關(guān)憑借Tb:YIG晶體(費(fèi)爾德常數(shù)2000 rad/T·m),實(shí)現(xiàn)10~30μs切換速度,跨1500公里算力調(diào)度端到端時(shí)延<20ms,滿足自動(dòng)駕駛L4級響應(yīng)需求。其無機(jī)械磨損特性(壽命>1011次),較MEMS開關(guān)提升97%可靠性。

紫金山實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐顯示,采用磁光開關(guān)后,跨2000公里異構(gòu)算力中心協(xié)同訓(xùn)練效率達(dá)單中心98%,印證了光開關(guān)在“東數(shù)西算”中“算力高速公路”的關(guān)鍵作用。

 

網(wǎng)絡(luò)冗余保護(hù)與故障自愈

光開關(guān)內(nèi)置光功率監(jiān)測模塊(精度±0.1dB),配合MEMS微鏡陣列500ms切換速度,較傳統(tǒng)人工巡檢效率提升3600倍。廣西科毅“光鏈路健康度預(yù)測算法”實(shí)現(xiàn)92%故障預(yù)警,系統(tǒng)可用性達(dá)99.99%,年減少 downtime 87.6小時(shí)。

 

多元化技術(shù)保障冗余:

? 磁光開關(guān):1011次切換壽命,抗20G振動(dòng)

? MEMS開關(guān):華為AI方案實(shí)現(xiàn)分鐘級故障恢復(fù)

? 機(jī)械式開關(guān):1×2型號構(gòu)建主備路由

 



廣西科毅光開關(guān)的核心技術(shù)優(yōu)勢

 

MEMS光開關(guān)矩陣:高密度互聯(lián)核心

廣西科毅4×64 MEMS光開關(guān)矩陣芯片尺寸僅10×5.3mm2,支持1260~1670nm全波段切換,插入損耗<1.2dB,切換壽命>10?次。關(guān)鍵優(yōu)勢:

? 微型化:體積僅傳統(tǒng)機(jī)械開關(guān)1/5,支持PCB級集成

? 低功耗:0.1W/端口,較電交換機(jī)節(jié)能30%

? 高可靠:通過Telcordia GR-1073標(biāo)準(zhǔn)測試

 光開關(guān) 東數(shù)西算 MEMS微鏡結(jié)構(gòu)示意圖

光開關(guān) 東數(shù)西算 MEMS微鏡結(jié)構(gòu)示意圖

 

磁光開關(guān):極端環(huán)境可靠性保障

 

基于法拉第效應(yīng)原理,采用Tb:YIG磁光晶體,實(shí)現(xiàn)無接觸切換。核心參數(shù):

? 寬溫工作:-40℃~85℃,適應(yīng)西部荒漠環(huán)境

? 低損耗:插入損耗1.3dB,偏振相關(guān)損耗<0.3dB

? 長壽命:>1011次切換,相當(dāng)于每天300萬次操作運(yùn)行90年

 磁光開關(guān) 東數(shù)西算 法拉第效應(yīng)示意圖

磁光開關(guān) 東數(shù)西算 法拉第效應(yīng)示意圖

 


定制化解決方案

針對八大算力樞紐差異化需求:

? 京津冀:128×128 MEMS矩陣,支持800G光模塊

? 成渝:光儲協(xié)同方案,棄光率從8%→2.3%

? 貴州:耐潮濕磁光開關(guān),運(yùn)維成本降低42%

 



實(shí)際應(yīng)用案例分析


案例一:內(nèi)蒙古超算中心高密度互聯(lián)

問題:傳統(tǒng)光纖跳線重構(gòu)需2小時(shí),算力利用率65%

方案:部署廣西科毅4×64 MEMS光開關(guān)矩陣

成效:重構(gòu)時(shí)間500ms,利用率提升至95%,年省光纖成本200萬

 

案例二:寧夏“光伏+數(shù)據(jù)中心”光儲協(xié)同

問題:光伏波動(dòng)導(dǎo)致供電不穩(wěn),PUE 1.4

方案1×8磁光開關(guān)動(dòng)態(tài)切換光伏/儲能鏈路

成效:PUE降至1.14,年用綠電1.2億度,減碳1.3萬噸,獲國家綠色示范項(xiàng)目認(rèn)證

 光開關(guān) 東數(shù)西算 數(shù)據(jù)中心互聯(lián)應(yīng)用

光開關(guān) 東數(shù)西算 數(shù)據(jù)中心互聯(lián)應(yīng)用

 



未來趨勢與廣西科毅的技術(shù)布局

 

光開關(guān)技術(shù)正朝三大方向演進(jìn):

1. 硅光集成:SOI基磁光-MEMS混合芯片,模塊尺寸從15mm×8mm→5mm×5mm

2. AI協(xié)同調(diào)度:智能運(yùn)維平臺預(yù)測器件衰減,維護(hù)效率提升50%

3. 量子安全:集成QKD模塊,利用磁光非互易性實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)加密

廣西科毅計(jì)劃三年內(nèi)實(shí)現(xiàn)硅基光開關(guān)量產(chǎn),進(jìn)一步降低“東數(shù)西算”工程光網(wǎng)絡(luò)部署成本,助力全國一體化算力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。




光開關(guān)通過動(dòng)態(tài)光路調(diào)度、低時(shí)延支撐、冗余保護(hù)三大能力,成為“東數(shù)西算”工程的核心器件。廣西科毅以“軍工級品質(zhì)+定制化方案”,為八大算力樞紐提供從器件到系統(tǒng)的全流程支持,推動(dòng)西部數(shù)據(jù)中心PUE降至1.2以下,東部算力成本降低30%。

 

隨著技術(shù)持續(xù)突破,光開關(guān)將實(shí)現(xiàn)“Tbps級帶寬+納秒級切換”,為我國算力網(wǎng)絡(luò)從“基礎(chǔ)互聯(lián)”邁向“智能調(diào)度”奠定基石。訪問廣西科毅官網(wǎng),獲取“東數(shù)西算”光開關(guān)解決方案。