从 OEO 到 OOO 交换机：谷歌/英伟达的布局与产业链情况！

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。

OEO交换机示意图

An all-optical，或者说是 “optical to optical to optical”（OOO），指的是 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。

OOO交换机示意图

HUBER+SUHNER指出，OOO全光交换机并非旨在替代OEO交换机，而是结合两者的优势，构建灵活且低成本的数据中心网络，以满足不断增长的流量需求。此外，在数据中心互联（DCI）场景中，OOO交换机同样展现出显著的应用价值。通过结合SDN技术与网络监控能力，它能实现零接触的业务倒换、新业务开通以及现有业务的自动保护。

OOO交换机用于DCI互联

OOO交换机DCI链路保护

在行业动态方面，谷歌、英伟达相继布局全光交换。

2024年7月份，英伟达副总裁SimonaJankowski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（waveguide）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。

Lightmatter Passage架构

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：

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。
用于灵活切割的统一架构（例如1×1、2×2、2×4）。
高带宽I/O在单个3D包中互连高性能CPU、GPU、FPGA、DRAM和ASIC。
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。
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。
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。

Lightmatter Passage全光交换方案

同时，Google的数据中心网络一直也有三个核心的理念：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的Jupiter网络架构和OCS交换机

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(OpticalCircuitSwitch,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。

Google的Apollo网络架构和OCS交换机

Google的OCS内部结构如下图所示：

输入输出为两个光纤准直器阵列(fibercollimatorarray)，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。