咱们先打个比方,来理解下‘光电混合组网’是咋回事。
传统的数据中心网络就像一个繁忙的十字路口,车(数据)越来越多,红绿灯(电交换机)有点指挥不过来了。于是,工程师们想了个聪明办法:在路口旁边再修几条直达的“光速快车道”(光交换),让一些大货车(大批量数据)直接飞驰过去,减轻主路压力。
这就是“光电混合组网”的核心思路:把光交换的大带宽、低能耗和电交换的灵活应变能力结合起来用。

不过,光交换这个“快车道”有个小缺点:它不像电交换那么“机灵”。一旦车流突然暴增或者路线要临时改道(也就是网络里常说的“突发流量”),光路切换起来有点慢,容易造成路口堵塞。所以,怎么设计更抗堵的路网结构(鲁棒拓扑),以及怎么在车流突变时快速找到最优路线(路由优化),就成了现在大家重点研究的难题。
目前主要有几个派别,简单来说:
- 成熟派: Helios、C-Through、Proteus、OSA等架构,这几个已经商用,它们通常扩展性适中或偏低,但胜在稳定可用。
Helios架构采用二级多根树拓扑,由PoD交换机和核心层(电交换机+MEMS光电路交换机)构成。服务器通过铜缆接入PoD交换机,但存在端口规模受限、光带宽利用率低及MEMS插损问题

Helios网络架构
C-Through架构是集成光电路与分组交换的混合架构,通过集中式MEMS实现光路调度。

C-Through网络架构
如下为OSA光交换架构,其核心创新在于通过软件定义波长调度,构建动态可重构的全光互连数据中心网络。该架构集成波长选择开关(WSS)与微机电镜阵(MEMS),实现光路资源的按需分配。

- 创新派: Mordia、RotorNet、Sirius、ReSAW、Sparke、ProjectOR、FireFly 这些还在实验阶段,各有绝活。像 ProjectOR 和 FireFly 甚至不用光纤,直接用“光在空气中飞”(空间光)来连接,想法很前卫。
Mordia架构是由加州大学圣地亚哥分校与谷歌联合开发的集中式光电路交换原型,采用WSS技术。

Mordia网络架构
FireFly架构是由布鲁克大学与卡内基梅隆大学提出的自由空间光通信方案,通过机架顶部反射镜构建ToR交换机间无线光链路,需精确规避物理遮挡。

FireFly光互连架构
ReSAW架构首创光突发交换机制,电交换机识别同目标长报文后,调度至AWGR光路径实现跨机架流量ps级疏导,规避中心节点瓶颈。

它主要解决同一个数据中心里,不同机架服务器之间如何高效传数据的问题。它的聪明之处在于,让传统的电交换机(相当于路口警察)先看一眼数据包要去哪,如果发现是一大堆要去同一个地方的长报文(好比一队大货车),就立刻指挥它们走光速快车道 (AWGR)。这样既不用花大价钱建复杂的中央调度枢纽,又能让现有的电交换设备发挥更大作用。
- 软件派: Lotus 比较特别,它主要通过软件来实现光电混合控制,扩展性中等。
Lotus架构基于软件控制的AWGR光背板架构,专为机器学习集群优化。实测性能显著优于传统拓扑:

Lotus网络架构
相较Dragonfly和3D-Torus,通信延迟降低50%,平均吞吐量提升5倍与2倍。
为了更清楚这些方案的区别,下面列了个大表进行对比。

最后得提一句,所有这些光电混合方案,都离不开背后那些精密的光学器件(像 MEMS、AWGR、WSS )在默默工作。但正如开头提到的,光交换的“不够灵活”依然是块硬骨头。当网络流量像早晚高峰一样突然激增时,光路切换的速度跟不上,就容易堵。
如何让这些“光速快车道”也能像普通道路一样灵活应变,快速响应突发车流,正是工程师们接下来要努力攻克的关卡。这需要更聪明的道路设计(拓扑)和更智能的交通指挥系统(流量控制算法)。